一种配水枢纽水力控制的数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种配水枢纽水力控制的数值模拟方法，包括获取增量相关关系；转换和积分；推导出水渠道进口节点流量增量与水位增量的相关关系；回代求解出水渠道所有节点的流量增量与水位增量；求解进水渠道出口节点、出水渠道进口节点的流量增量和水位增量以及配水池的水位增量；回代求解各渠道其他节点的流量增量和水位增量；计算各节点的流量和水位。本发明专利技术通过理论分析构建了配水枢纽进流、出流、溢流复杂运行条件下的质量和能量守恒方程，给出了牛顿—辛普森离散算法、编码方式、Preissmann四点隐式差分算法的计算程序等内容，建立了配水枢纽的理论模型；针对可能碰到多进水、多出水、有压无压耦合等工况，给出了数值求解方法，为工程的运行调度提供参考。为工程的运行调度提供参考。为工程的运行调度提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种配水枢纽水力控制的数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种配水枢纽水力控制的数值模拟方法，是一种水工工程的分析方法，是一种可以应用计算机对水工工程进行分析并辅助运行调度的方法。

技术介绍

[0002]调水工程、大中型灌区是优化水资源空间配置、缓解局部地区或农业灌溉水资源短缺问题的工程措施，其安全调度、运行是保障国家水资源安全的关键。工程的控制调节通常需要进行水力过渡过程计算，分析闸、泵、阀等设备一定操作策略下管涵渠隧的流量、水位、压力变化，使其满足规范规程、管道承压、设备限值等要求。
[0003]配水枢纽是调水工程、大中型灌区中常见的一种水工建筑物，用于连接长距离引水工程和后续配水工程的管涵渠隧、以及主引水渠(管)和配水干、支渠(管)。若使用水库作为配水枢纽，可视为常水位边界，引水工程和配水工程的水力过渡过程分别计算。受项目整体布局、地形地质条件、移民搬迁等因素的制约，很多工程没有合适的库区作为配水枢纽，需要人工建造水池、水渠等设施。人工建造就必须考虑成本、环境等问题，将池渠限制在一定范围内。由于配水枢纽人工水池的体积有限，当供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配水枢纽水力控制的数值模拟方法，所述方法的所分析的配水枢纽包括：M条进水渠道、设有溢流道的配水池，以及N条出水渠道；沿各条进水渠道设置m+1个计算节点，各条进水渠道的计算节点从上游向下游编码；沿第1条出水渠道设置n+1个计算节点，出水渠道1的计算节点从上游向下游编码；沿第2～N条出水渠道设置n+1个计算节点，出水渠道2～N的计算节点从下游向上游编码；即：M条进水渠道的末端计算节点、2～N条出水渠道的末端计算节点和1条出水渠道的首端计算节点均为进水渠道或出水渠道与配水池衔接处的计算节点，其特征在于，所述的方法的步骤如下：步骤1，获取增量相关关系：利用双扫法的消元过程计算进水渠道1、进水渠道2、
……
、进水渠道M，出水渠道2、
……
、出水渠道N的矩阵B和列向量P的元素，获得末节点的流量增量与水位增量的相关关系，方程数量为M+N
‑
1；计算公式如下：X＝BX+P
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：ΔQ为当前迭代步的流量增量，下角标K代表计算节点编号，对于进水渠道，下角标的编号为0～m；对于出水渠道，下角标的编号为0～n；Δh为当前迭代步的水深增量；U、W、P为双扫法系数；U、W、P的下角标代表矩阵的行数变化，对于进水渠道，编号为0～2m
‑
1；对于出水渠道，编号为0～2n
‑
1；各元素由下述递推公式计算：元素由下述递推公式计算：
式中：c、b、D、a、e为系数；j为节点编号，j＝1,2,
……
,K
‑
2；对于进水渠道1，末端计算节点的流量增量和水量增量满足如下关系式：ΔQ
In1,m
＝U
In1,2m
‑2Δy
In1,m
+P
In1,2m
‑2ꢀꢀꢀꢀ
(5.1)对于进水渠道2～M，末端计算节点的流量增量和水量增量满足如下关系式：ΔQ
In2,m
＝U
In2,2m
‑2Δy
In2,m
+P
In2,2m
‑2ꢀꢀꢀꢀ
(7.2)
……
ΔQ
InM,m
＝U
InM,2m
‑2Δy
InM,m
+P
InM,2m
‑2ꢀꢀꢀꢀ
(5.M)对于出水渠道2～N，末端计算节点的流量增量和水量增量满足如下关系式：ΔQ
Out2,n
＝U
Out2,2n
‑2Δy
Out2,n
+P
Out2,2n
‑2ꢀꢀꢀꢀ
(6.2)
……
ΔQ
OutN,n
＝U
OutN,2n
‑2Δy
OutN,n
+P
OutN,2n
‑2ꢀꢀꢀꢀ
(6.N)由此，可获得M+N
‑
1个关于流量增量和水量增量，ΔQ
In1,m
、Δy
In1,m
、
……
、ΔQ
InM,m
、Δy
InM,m
、ΔQ
Out2,n
、Δy
Out2,n
、
……
、ΔQ
OutN,n
、Δy
OutN,n
，相关关系的方程；下角标中的In表示进水渠道，Out表示出水渠道，后面的数字代表渠道编号，逗号后数字代表计算节点编号；步骤2，转换和积分：所有的进水、出水与配水池水位满足能量守恒方程，并利用牛顿—辛普森方法进行离散，方程数量为M+N；同时也满足质量守恒方程，积分并取二阶近似，方程数量为1；进水渠道1出口节点与配水池的能量守恒方程：式中：y
In1,m
为进水渠道1出口节点的测压管水头；Q
In1,m
为进水渠道1出口节点的流量；g为重力加速度；A
In1,m
为进水渠道1出口节点的过流面积；y
s
为配水池的测压管水头；ζ
In1
为进水渠道1的水进入配水池的局部水头损失系数；进水渠道2～M出口节点与配水池的能量守恒方程：
……
式中：y
In2,m
、
……
、y
InM,m
为进水渠道2～M出口节点的测压管水头；Q
In2,m
、
……
、Q
InM,m
为进水渠道2～M出口节点的流量；g为重力加速度；A
In2,m
、
……
、A
InM,m
为进水渠道2～M出口节点的过流面积；ζ
In2
、
……
、ζ
InM
为进水渠道2～M的水进入配水池的局部水头损失系数；
配水池与出水渠道1进口节点的能量守恒方程：式中：y
Out1,0
为出水渠道1进口节点的测压管水头；Q
Out1,0
为出水渠道1进口节点的流量；A
Out1,0
为出水渠道1进口节点的过流面积；ζ
Out1
为水进入出水渠道1的局部水头损失系数；配水池与出水渠道2～N进口节点的能量守恒方程：
……
式中：y
Out2,n
、
……
、y
OutN,n
为出水渠道2～N进口节点的测压管水头；Q
Out2
,n、
……
、Q
OutN,n
为出水渠道2～N进口节点的流量；A
Out2,n
、
……
、A
OutN,n
为出水渠道2～N进口节点的过流面积；ζ
Out2
、
……
、ζ
OutN
为水进入出水渠道2～N的局部水头损失系数；配水池的质量守恒方程为：式中：A0为配水池的平面面积；Q
w
为溢流道的流量，计算公式为：式中：μ为流量系数；B
w
为溢流堰宽度；H
w
为溢流堰高程；方程转换：对于进水渠道1，由式(7.1)可得：采用牛顿—辛普森方法，式(11)转化为：F
In10
+e
In1
Δy
In1,m
+a
In1
ΔQ
I...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，李甲振，王瑞，郭新蕾，叶茂，曾利，陆志华，赵冠亮，仝妍妍，陈敏，王军，周皞，成志超，潘佳佳，路锦枝，谭震，孙亚翡，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：