[发明专利]一种基于粒子追踪的优化航道汇流区的工程布置方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子追踪的优化航道汇流区的工程布置方法，属于内河通航、泄流消能技术领域。查清汇流口门区水流来源，制定水流组合方案；构建三维水流模拟模型，保证模型准确性和适用性；构建粒子对流‑扩散模型，设置特殊边界条件；揭示水流运动规律，探明流速分布原因；基于水流运动规律，布置消能和导流工程设施。本发明实现了在不同水流组合工况下，不同区域水流运动过程的精确模拟，水流运动路线清晰明确，流态和流速分布形象直观；消能与导流设施与水流交互作用明显，便于优化消能和导流工程的位置和规模，达到较优工程组合，提高计算效率，节约工程投资。

技术领域

本发明涉及内河通航、泄流消能的技术领域,尤其涉及基于粒子追踪的优化航道汇流区的工程布置方法的技术领域。

背景技术

对于内河通航时，航道分汇流口、船闸引航道及口门区等位置容易出现泄水波、泡漩等现象，导致通航区域出现横向流速过大、大范围回流等不良水流条件，为了消除横向流速和回流流速对船舶航行的不利影响，保障通航安全，需要设置消能或者导流设施来减小水流流速，改善水流流态。

目前，一般通过物理模型试验方法或者数值模拟计算方法来确定消能和导流设施的布置和规模。对于物理模型试验方法，物理模型是原型河流的缩小版，物理概念清晰、直观形象，因此被应用广泛，但往往需要占用规模巨大的场地、耗费大量设备、材料和人力，试验的周期较长，加之模型试验所研究的某一特定的问题，改变问题或边界条件，往往需要全部或局部拆除，试验费用昂贵。对于数值模型模拟方法，一般采用二维和三维水动力模型，可以较好的模拟水流平面流态，但对于复杂构筑物，只能给出平面或者断面流速分布，不能较好的反映特定区域水流运动的规律，难易准确分析出导致通航区域横向流速和回流流速超标的原因，在布置消能和导流工程设施时针对性不强，需要不断调整消能和导流工程设施的布置和规模，通过大量试算来确定消能和导流工程设施优化组合。其中三维模型计算计算取决于网格数量和质量，汇流口大范围三维数值模拟，网格数量多，每个试算工况计算时间长，大量试算工作需要花费大量时间成本。

发明内容

本发明提供了一种基于粒子追踪的优化航道汇流区的工程布置方法，采用粒子追踪的方法，模拟三维水流运动规律，解析超标流速区粒子来源和运动轨迹，以优化消能和导流工程的布置和规模。

一种基于粒子追踪的优化航道汇流区的工程布置方法，包括以下步骤：

步骤S1、查清汇流口门区水流来源及组成；

步骤S2：构建三维水流模拟模型；

步骤S3、构建粒子追踪对流-扩散模型；

步骤S4、探明水流运动规律，追踪区域水流来源；

步骤S5：布置消能和导流工程设施。

优选的是，本发明步骤S1中，基于长系列水文资料对支流和航道洪水频率进行分析，合理确定水流组合方案。

优选的是，本发明步骤S2中，将不同的水流来源定量化为独立的边界，构建一组或多组三维水流运动模拟模型；模型参数率定、模型适用性评估，以3组不同网格尺度模型对研究区域进行模型，选择合适网格和参数进行模拟；

优选的是，本发明步骤S3中，所述粒子对流-扩散模拟模型，研究区内初始状态无粒子，不同边界给定不同标记和编号的粒子，粒子无衰减、相互间无反应，仅跟随水流运动。