一种水库水流-泥沙-水质-水温-调度耦合模拟方法、系统及存储介质技术方案

本申请提供一种水库水流

【技术实现步骤摘要】
一种水库水流
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泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟方法、系统及存储介质


[0001]本申请涉及水利工程
，特别是涉及一种水库水流
‑
泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]随着水库的大量兴建，开展水库调度运用对库区及出库水流、泥沙、水质、水温等的影响问题研究就变得日益重要和迫切。水库的调度运用方式关系到水库综合效益的发挥，水库运用过程中，入库水沙水质水温条件、库区地形等都是在不断变化的，开展水库径流调节计算、水库冲淤预测计算、水库出库水沙水质水温过程预测、水库调度运行对防洪发电航运等的影响研究等，都需要研究和模拟水库水流、泥沙、水质、水温和调度过程。开展水库的水沙模拟调控研究有利于水库发挥综合效益和保持有效库容供长期使用，开展水库的水质水温模拟调控研究有利于研究水库调度对水质水温影响及减轻水库调度运行对水环境水生态影响的调控措施。目前关于水库水流、泥沙、水质、水温、调度的研究也比较多，但长期以来，相关研究很多往往是单独开展的，缺少水库水流、泥沙、水质、水温、调度的共同模拟和耦合模拟，较少考虑泥沙淤积对水流、水质、水温、调度过程的影响，对水库调度方式的考虑也不够全面。
[0003]现有技术主要是首先根据水库调度方式采用库容曲线进行径流调节计算，得到计算周期内的水库调度过程(坝前水位过程和下泄流量过程)，然后采用求出的水库调度过程进行水库水流、泥沙、水质、水温中的某一种或两种目标的模拟计算。现有技术存在的不足包括：求水库调度过程时采用的是库容曲线，没有考虑泥沙淤积影响，库区河道地形始终保持不变。在计算周期较长且水库泥沙淤积量较大时，现有技术计算过程与实际过程不符，计算结果精度较低；有的研究其水质计算没有考虑悬移质泥沙对水质的吸附作用及泥沙冲淤和河道地形变化对水质浓度的影响；对水库调度方式考虑得不够全面，难以反映水库调度方式和河道冲淤变化对水流、泥沙、水质、水温的耦合作用。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的在于提供一种水库水流
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泥沙
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水质
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水温
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调度耦合模拟方法、系统及存储介质，能够解决现有技术无法反映库区泥沙淤积对水流、泥沙、水质、水温的耦合影响，可供选择的调度方式单一，计算过程与实际过程不符，计算精度较低的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种水库水流
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泥沙
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水质
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水温
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调度耦合模拟方法，包括以下具体步骤：
[0007]步骤1，收集水库河道地形、入库水沙水质水温、水库调度方式资料；
[0008]步骤2，建立水库水流
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泥沙
‑
水质
‑
水温
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调度耦合模拟模型；
[0009]步骤3，选择水库调度方式；
[0010]步骤4，根据步骤3选择的水库调度方式，利用水库水流
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泥沙
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水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的水流模块和水库调度模块采用直接计算或反复试算的方法得到满足水库调度方式要求的库区沿程水位和流量；
[0011]步骤5，根据步骤4计算得到的库区沿程水位和流量，利用水库水流
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泥沙
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水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的泥沙模块进一步计算得到库区沿程含沙量、泥沙冲淤量及新的河道地形；
[0012]步骤6，根据步骤4和步骤5计算得到的库区沿程水位、流量、含沙量及泥沙冲淤量，利用水库水流
‑
泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的水质模块进一步计算得到库区沿程水质浓度；
[0013]步骤7，根据步骤4计算得到的库区沿程水位和流量，利用水库水流
‑
泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的水温模块进一步计算得到库区沿程水温；
[0014]步骤8，在步骤5计算得到的新地形基础上重复实施步骤4、5、6、7直到计算周期结束。
[0015]所述步骤2中所建模型的基本方程为:
[0016]水流连续方程
[0017]水流运动方程
[0018]悬移质泥沙连续方程
[0019]悬移质河床变形方程
[0020]水质方程
[0021]溶解态水质方程
[0022][0023]吸附态水质方程
[0024][0025]水温方程
[0026]式中：ω为泥沙沉速；角标i为断面号；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；S为含沙量；S
*
为水流挟沙力；ρ
’
为淤积物干容重；B为断面宽度；g为重力加速度；α为恢复饱和系数；A
d
为悬移质河床冲淤面积；d为粒径；U为流速；A
b
为推移质河床冲淤面积；q
L
、S
L
分别为河段单位长度侧向入流量及相应的含沙量；C表示污染
物浓度；E
x
表示水质纵向弥散系数；dC/dt表示生化反应项；S
C
表示水质源汇；C
w
表示溶解态污染物浓度；C
s
表示单位质量悬移质泥沙吸附污染物的质量；C
K
表示单位质量淤积泥沙吸附污染物的质量；K
a
表示单位时间单位质量泥沙吸附量的变化率；T表示水温；D
L
表示水温纵向弥散系数；S
T
表示水温源汇；C
p
表示水的比热；S
TW
表示单位表面积净热交换通量；BS/ρC
p
表示净表面热交换率。
[0027]所述步骤2中所建模型包括水流模块、泥沙模块、水质模块、水温模块、水库调度模块，其中水库调度模块包括坝前水位控制、下泄流量控制、目前优化调度方式控制、规划设计调度方式控制、假设无库、兼顾坝下游生态需求共6种调度方式，水质模块考虑悬移质泥沙对水质的吸附作用及泥沙冲淤对水质浓度的影响。
[0028]所述步骤3中，选择水库调度方式具体为，从坝前水位控制、下泄流量控制、目前优化调度方式控制、规划设计调度方式控制、假设无库、兼顾坝下游生态需求共6种调度方式进行选择。
[0029]第二方面，本申请实施例提供一种水库水流
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泥沙
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水质
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水温
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库水流
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泥沙
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水质
‑
水温
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调度耦合模拟方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，收集水库河道地形、入库水沙水质水温、水库调度方式资料；步骤2，建立水库水流
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泥沙
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水质
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水温
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调度耦合模拟模型；步骤3，选择水库调度方式；步骤4，根据步骤3选择的水库调度方式，利用水库水流
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泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的水流模块和水库调度模块采用直接计算或反复试算的方法得到满足水库调度方式要求的库区沿程水位和流量；步骤5，根据步骤4计算得到的库区沿程水位和流量，利用水库水流
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泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的泥沙模块进一步计算得到库区沿程含沙量、泥沙冲淤量及新的河道地形；步骤6，根据步骤4和步骤5计算得到的库区沿程水位、流量、含沙量及泥沙冲淤量，利用水库水流
‑
泥沙
‑
水质
‑
水温
‑
调度耦合模拟模型中的水质模块进一步计算得到库区沿程水质浓度；步骤7，根据步骤4计算得到的库区沿程水位和流量，利用水库水流
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泥沙
‑
水质
‑
水温
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调度耦合模拟模型中的水温模块进一步计算得到库区沿程水温；步骤8，在步骤5计算得到的新地形基础上重复实施步骤4、5、6、7直到计算周期结束。2.根据权利要求1所述的一种水库水流
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泥沙
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水质
‑
水温
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调度耦合模拟方法，其特征在于，所述步骤2中所建模型的基本方程为:水流连续方程水流运动方程悬移质泥沙连续方程悬移质河床变形方程水质方程溶解态水质方程吸附态水质方程
水温方程式中：ω为泥沙沉速；角标i为断面号；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；S为含沙量；S
*
为水流挟沙力；ρ
′
为淤积物干容重；B为断面宽度；g为重力加速度；α为恢复饱和系数；A
d
为悬移质河床冲淤面积；d为粒径；U为流速；A
b
为推移质河床冲淤面积；q
L
、S
L
分别为河段单位长度侧向入流量及相应的含沙量；C表示污染物浓度；E
x
表示水质纵向弥散系数；dC/dt表示生化反应项；S
C
表示水质源汇；C
w
表示溶解态污染物浓度；C
s
表示单位质量悬移质泥沙吸附污染物的质量；C
K
表示单位质量淤积泥沙吸附污染物的质量；K
a
表示单位时间单位质量泥沙吸附量的变化率；T表示水温；D
L
表示水温纵向弥散系数；S
T
表示水温源汇；C
p<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄仁勇，王敏，元媛，毛冰，龙瑞，邓春艳，胡德超，周建银，崔占峰，葛华，楚栋栋，曾鑫，张杰，宫平，黄莉，黄卫东，赵燕，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：