[发明专利]树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统

说明书

本发明涉及水利研究技术领域，具体涉及一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统，本发明解决河道地形断面和控制线水文站点资料的完整性和可靠性；加入梯级水库后如何解决河网与梯级水库的联解，依托最新实测干支流河道水深地形资料，建立了将梯级水库调度模式和一维河网水动力模型融合为一体的西江中游河网整体水动力学模拟计算平台。模型计算以一维圣维南方程为基础，提出了从河网、子河网、河道和节点四个层面建立模型的计算顺序，对河网及梯级水库进行概化，通过水利枢纽调度方式和外部边界条件的传递关系连接成一个整体，将各个河段连接成一个计算整体，实现同步实时模拟和计算，丰富了河网梯级水库调度的研究手段。

技术领域

本发明涉及水利研究技术领域，具体涉及一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统。

背景技术

国内中上游内陆河网主要为树状形态，干支流河道上建设了大量梯级水库用于防洪、发电、供水、灌溉、航运等目的，科学合理的开展梯级水库的调度运行极为重要。目前已有研究基于实测洪枯季水文资料的洪水特性成果及马斯京根法为基础对梯级水库进行调度计算，而传统的一维数学模型的计算由于水库中的大坝截断河道导致大坝上下游失去水力联系，圣维南方程组不能适用，导致河网不能进行整体连贯的计算。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统，用于开发河网水动力及水质、泥沙模型时需要将梯级水库的调度同步考虑进来，实现同步实时模拟和计算，丰富了河网梯级水库调度的研究手段。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1根据梯级水库在树状河网中的分布，分割得到河网的控制节点；

S2对河网的控制节点进行分类；

S3编制程序计算控制节点，实现河网与梯级水库的联合求解；

S4通过河网整体水动力学模拟计算平台，实现同步实时模拟和计算。

优选的，所述S1中，根据梯级水库在树状河网中的分布，将每个水库中的大坝所在断面作为分割整体河网的控制要素，分隔出若子河网，按照从上游向下游的顺序来编子河网的编号，每个子河网的控制节点也按从上游向下游编排，大坝上游端和下游端各布置一个控制节点且编号连续，作为每个子河网的上边界或下边界控制节点。

优选的，所述S2中，将河网的控制节点进行分类，一类是需要外部给定边界条件的节点，称为外边界节点；另一类为内边界节点，无需给定边界条件，是河道交汇口，外边界节点是河道的上、下游端和大坝前端的节点。

优选的，所述S3中，编制程序计算的过程中，按照子河网的编号顺序计算，每个子河网按照树状河网的算法独立运算，运算结束后，根据大坝上游端和下游端控制节点间的关系，将该子河网的下游端计算结果通过大坝上、下游端的控制节点传入给下一个子河网，作为下一个子河网的上游端边界条件，依次类推，最后实现河网与梯级水库的联合求解。

优选的，所述S4中，模型计算以一维圣维南方程为基础，从河网、子河网、河道和节点四个层面建立模型的计算顺序，对河网及梯级水库进行概化，通过水利枢纽调度方式和边界条件的传递关系连接成一个整体，从而将各个河段连接成一个计算整体。

优选的，所述一维圣维南方程包括水流连续方程和水流运动方程；

所述水流连续方程为：  （1）

所述水流运动方程为：

 （2）