调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法技术

本发明专利技术公开了调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，采用本发明专利技术动态计算方法，可以得到渠道沿程断面的水位、流量、断面积的过程；各渠段汇入流量过程、承纳水体的水位过程；蓄水容积、蓄水增量的过程；调蓄池内外水位、削峰流量、库存水量的过程，以及降低被保护区域水位的情况，为最终确定渠道、进水溢流堰和调蓄池的规模提供了依据。本发明专利技术动态计算方法，不仅可以动态计算在渠道或管道设置雨水、污水调蓄池的运行效果，而且也可以动态计算在河道设置蓄洪区的运行效果。

A Dynamic Calculation Method for Reducing Peak Flow in Reservoir

【技术实现步骤摘要】
调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法
本申请涉及防空减灾科学
，尤其涉及调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法。
技术介绍
我国是一个洪涝灾害频繁发生的国家，为了避免暴雨带来的洪涝灾害和利用暴雨水资源，设置调蓄池或分洪区是一个良好的解决方案，也是建设海绵城市的重要措施。削减峰值流量的调蓄池主要由调蓄池、渠道、进水溢流堰和排水闸(或泵站)组成。进水溢流堰位于调蓄池范围渠道的上游段，任务是将渠道的超额流量分洪到调蓄池，使渠道的流量控制在安全流量范围内。排水闸位于调蓄池范围渠道的下游段，任务是在洪水来临之前预留调蓄池或分洪区的存水空间，如果渠道下游段水位比调蓄池的水位低，则开闸放掉调蓄池的存水；如果渠道下游段水位比调蓄池的水位高，则开启泵站强排调蓄池的存水。现行技术要求进入调蓄池的流量是高峰流量，没有说明进入调蓄池的流量必须是超额流量，致使高峰流量中非超额的流量也进入调蓄池，增加了调蓄池的负担，难免调蓄池发生对渠道或管道溢流排水，呈现水库“上吞下吐”的调洪模式(以下简称水库模式)，水库模式削减的峰值流量为入池峰值流量减出池峰值流量。而调蓄池只是储存超额流量的调洪模式(以下简称调蓄池模式)，削减的峰值流量则为入池峰值流量。因此，水库模式比调蓄池模式削减的峰值流量少了出池峰值流量，可以说，水库模式没有充分发挥调蓄池或分洪区的作用。现行技术将进水溢流堰的堰顶高程规定为截流量雨天水位，有可能让非超额的流量也进入了调蓄池或分洪区，没有明确要求以降低被保护区域的水位为服务目标，不能清楚地反映降低被保护区域水位的情况，因而造成调蓄池对防治洪涝灾害的贡献模糊不清。例如，渠道或管道在受到下游承纳水体顶托的影响条件下，由于渠道或管道的安全流量相应减少、超额流量相应增加、渠道或管道的水位或测压管水头就会相应上升，因而按调蓄池容积公式计算得出的容积必然偏小，造成调蓄池的使用效果不佳。尽管用数学模型计算调蓄池的方法很多，但并不是说都能很好地动态计算调蓄池只是储存来水流量中超额流量的效果。
技术实现思路
本专利技术提供了调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，其特点是：以降低被保护区域水位为服务目标，以调蓄池或分洪区储存超额流量的过程结束、调蓄池或分洪区也基本达到设计水位为约束条件，并增加了数学模型《用槽蓄增量关系求解圣维南方程组模拟洪水演进的方法》区间入流量、出流量影响的功能。通过数学模型计算，可以得到渠道或管道沿程断面水位、流量、断面积、蓄水增量的过程和调蓄池或分洪区的水位、削峰流量、库存水量的过程，以及降低被保护区域水位的情况，从而科学合理地确定进水溢流堰的堰顶高程和调蓄池或分洪区的容积。其具体的技术方案如下：调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，所述方法包括：基于圣维南基本微分方程组1.1以及1.2在Δt时段简化为水量平衡方程式1.3、动力方程式1.4和动力方程式1.5后求解得到水位；增加区间入流量、出流量的方程式如下：基本原理是基于圣维南基本微分方程组1.1、1.2，通过在Δt时段简化为水量平衡方程式1.3、动力方程式1.4和动力方程式1.5后求解其中，以上各式中：dL为渠段长；Δt为时段；Z为水位；Q为流量，q为区间入流流向，R为区间分流流量；W为渠段容积，渠段蓄水增量ΔW＝(W2-W1)；ΔZ为渠段，为渠段平均流量；为渠段平均流量模数；各量脚注1、2分别为时段初s-1、时段末s的时刻；g为水位重力加速度；v为流速；渠段蓄水增量ΔW1是在时段Δt内渠段总入流量与总出流量的差值，即由入流过程Q上1～Q上2与出流过程Q下1～Q下2所包围的水体；渠段蓄水增量ΔW2是在时刻t1的渠段水面线Z上1～Z下1和时刻t2的河段水面线Z上2～Z下2所包围的水体；在计算断面为n时，需要有n-2个断面流量计算关系式求解方程；若以下游起始断面的编号为i＝1，依次往上游的断面编号则为i＝2、i＝3…i＝n-2、i＝n-1、i＝n；当断面编号1＜i＜n时，若断面流量和渠段蓄水增量用二维数组表示，根据水量平衡方程式1.3，则断面i－1与断面i之间、断面i与断面i+1之间考虑渠段区间入流、出流影响时的水量平衡关系式分别为式1.6、式1.7：(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt……………………………………………………………………(式1.6)(Q(i+1，s)+Q(i+1，s-1))-(Q(i,s)+Q(i,s-1))+(q(i,s)+q(i,s-1))-(R(i,s)+R(i,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt……………………………………………………………………(式1.7)基于方程式1.6、方程式1.7得到方程式1.8：2(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))-(Q(i+1,s)+Q(i+1,S-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(q(i,s)+q(i,s-1)-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))+(R(i,s)+R(i,s-1))＝2(ΔW(i-1,i)-ΔW(i,i+1))/Δt……………………………………………………………………(式1.8)若令：aqujq＝[(Q(i-1,s))+Q(i-1,s-1))+(Q(i+1,s)+Q(i+1,S-1))-(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))+(q(i,s)+q(i,s-1))+(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))-(R(i,s)+R(i,s-1))]/2……………………………………………………………………(式1.9)式1.8可写成：Q(i,s)＝(ΔW(i-1,i)-ΔW(i,i+1))/Δt+aqujq-Q(i,s-1)……………………………………………………………………(式1.10)式中：以二维数组表达的流量Q，括号内的第一项为断面编号，第二项为时段Δt的初、末代号；以二维数组表达的蓄水增量ΔW，括号内的第一项为渠段下游断面编号，第二项为渠段上游断面编号；因此，渠道累计蓄水增量分别为方程式1.11以及方程式1.12：式中：ΔA为过水断面积增量。当已知条件为Q上1、Z上1、Q下1、Z下1、Q上2、q1、q2、R1、R2以及Z下2时，可依据渠段蓄水增量ΔW的关系求解Z上2和Q下2；采用计算机编程技术，按上述关系调节Q下2值，在两种方式计算的渠段蓄水增量ΔW1和ΔW2基本相等的条件下，此时的Z上2和Q下2即为方程组的解。动态计算的步骤如下：步骤1：程序计算，输入渠道或管道各断面的编号和桩号、包括被保护区域在内的沿岸堤顶或路面高程、断面二维数组、糙率系数、初始水位和初始流量；输入各渠段或管段的来水设计流量过程和承纳水体的设计水位过程；输入进水溢流堰和调蓄池的计算参数，包括进水溢流堰的堰顶高程、宽度、流量系数，调蓄池的高程～容积关系、底板高程、设计水位及设计容积、初始水位和初始容积；输入程序计算步长dt、时段数s和蓄水增量1、蓄水增量2的允许误差值。程序计算结果为运用调蓄池后的渠道或管道各断面的水位、流量、断面积过程表，排水渠水量平衡过程表，调蓄池的内外水位、削峰流量、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，其特征在于，所述方法包括：基于圣维南基本微分方程组1.1以及1.2在Δt时段简化为水量平衡方程式1.3、动力方程式1.4和动力方程式1.5后求解得到水位；增加区间入流量、出流量的方程式如下：

【技术特征摘要】
1.调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，其特征在于，所述方法包括：基于圣维南基本微分方程组1.1以及1.2在Δt时段简化为水量平衡方程式1.3、动力方程式1.4和动力方程式1.5后求解得到水位；增加区间入流量、出流量的方程式如下：其中，以上各式中：dL为渠段长；Δt为时段；Z为水位；Q为流量，q为区间入流流向，R为区间分流流量；W为渠段容积，渠段蓄水增量ΔW＝(W2-W1)；ΔZ为渠段，Q为渠段平均流量；K为渠段平均流量模数；各量脚注1、2分别为时段初s-1、时段末s的时刻；g为水位重力加速度；v为流速；渠段蓄水增量ΔW1是在时段Δt内渠段总入流量与总出流量的差值，即由入流过程Q上1～Q上2与出流过程Q下1～Q下2所包围的水体；渠段蓄水增量ΔW2是在时刻t1的渠段水面线Z上1～Z下1和时刻t2的河段水面线Z上2～Z下2所包围的水体；在计算断面为n时，需要有n-2个断面流量计算关系式求解方程；若以下游起始断面的编号为i＝1，依次往上游的断面编号则为i＝2、i＝3…i＝n-2、i＝n-1、i＝n；当断面编号1＜i＜n时，若断面流量和渠段蓄水增量用二维数组表示，根据水量平衡方程式1.3，则断面i－1与断面i之间、断面i与断面i+1之间考虑渠段区间入流、出流影响时的水量平衡关系式分别为式1.6、式1.7：(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt……………………………………………………………………(式1.6)(Q(i+1，s)+Q(i+1，s-1))-(Q(i,s)+Q(i,s-1))+(q(i,s)+q(i,s-1))-(R(i,s)+R(i,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt……………………………………………………………………(式1.7)基于方程式1.6、方程式1.7得到方程式1.8：2(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))-(Q(i+1,s)+Q(i+1,S-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(q(i,s)+q(i,s-1)-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))+(R(i,s)+R(i,s-1))＝2(ΔW(i-1,i)-ΔW(i,i+1))/Δt……………………………………………………………………(式1.8)若令：aqujq＝[(Q(i-1,s))+Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜佐道，
申请(专利权)人：珠海市规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44