[发明专利]一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法

说明书

本发明公布了一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，该模拟方法首先建立二维数学模型，计算河道各频率洪水过程，潮位过程，然后通过所述二维数学模型对河道实际的潮位过程、流速、流量过程进行验证，二维数学模型基于三向不可压缩和Reynolds值均布的Navier‑Stokes方程，并服从于Boussinesq假定和静水压力的假定，通过对平开闸门开度逐级分解、各级开度模拟时计算初始条件相应调整的方法实现其启闭过程的动态模拟。本发明解决了利用河工物理模型来实现平开闸启闭模拟会由于比尺效应等导致结果失真，以及在河道二维数学模型中暂时无法直接实现平开闸动态启闭过程模拟的技术问题。

技术领域

本发明属于排洪防潮运行调度模拟计算方法技术领域，具体涉及一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法。

背景技术

平开闸门型式具有新颖、跨度大、运行方式独特等特点，同时具有弧形闸门和横拉门的特点，对于大跨度低水头的防洪工程具有重要的应用价值。位于感潮河道上的平开闸，所述平开闸也是挡潮闸，其正常的运行方式为涨潮时关闸挡水，落潮时开闸泄水，挡潮时闸上河道起临时调节作用，泄水时过闸流态为变量变速流，水位、流量及流速均在不断地变化，情况相当复杂。一般可通过河工物理模型来实现平开闸排洪防潮运行调度过程的模拟，但物理模型比尺效应等会导致模拟失真，在河道二维数学模型中亦暂时无法直接实现平开闸动态启闭过程的模拟，本方法对平开闸的启闭过程进行分段模拟，分为全关、1/3开度、2/3开度及全开，

所以可以利用河道二维数学模型实现大型平开闸排洪防潮运行调度过程的仿真模拟，为挡潮闸实际运行调度提供科学依据。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明为了克服河工物理模型来实现平开闸排洪防潮运行调度过程的模拟，但物理模型比尺效应等会导致模拟失真，而且在河道二维数学模型中暂时无法实现平开闸动态启闭过程的模拟的缺点，为解决以上技术问题，本发明提供一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，该模拟方法首先建立二维数学模型，计算河道各频率洪水过程，潮位过程，然后通过所述二维数学模型对河道实际的潮位过程、流速、流量过程进行验证。本发明解决了河工物理模型来实现平开闸排洪防潮运行调度过程的模拟，但物理模型比尺效应等会导致模拟失真，而且在河道二维物理模型中暂时无法实现平开闸动态启闭过程的模拟的技术问题。

（2）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供本发明提供一种大型平开闸排洪防潮运行调度的数值模拟方法，建立二维数学模型，计算河道各频率洪水过程，潮位过程，通过所述二维数学模型对河道实际的潮位过程、流速、流量过程进行验证。所述二维数学模型包括以下计算方法：

a.基于三向不可压缩和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程，并服从于Boussinesq假定和静水压力的假定；

二维非恒定浅水方程组为：

（2a-1）

（2a-2）

（2a-3）

式中：为时间；为笛卡尔坐标系坐标；为水位；为静止水深；为总水深；分别为方向上的速度分量；是哥氏力系数，，为地球自转角速度，为当地纬度；为重力加速度；为水的密度；分别为辐射应力分量；为源汇项，为源汇项水流流速。

b．分析确定水闸运行调度特征水位，所述特征水位包括正常蓄水位、汛限水位、设计洪水位、校核洪水位，模拟运行中先开中间平板闸、再开两侧弧形闸，进行防洪排涝过程模拟：

①第一阶段，t₀时刻，开启平板闸泄流；