一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法技術

本發明專利技術公開了一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，包括步驟：步驟1，收集水庫河道地形、入庫水沙、水庫調度方式等資料；步驟2，建立水庫一維非恒定流水沙數學模型；步驟3，利用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊采用反復試算的方法得到滿足水庫調度方式要求的庫水位(或下泄流量)；步驟4，將計算得到的庫水位(或下泄流量)作為出口邊界計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形；步驟5，在步驟4計算得到的新地形基礎上重復實施步驟3和步驟4直到計算周期結束，最后得到整個計算周期內的水庫調度過程。本發明專利技術能夠解決水庫實時泥沙沖淤變化過程對水庫調度過程的影響問題，可為水庫調度提供技術支撐。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水利工程
，特別是涉及一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法。
技術介紹
水庫的調度運用方式關系到水庫綜合效益的發揮，開展水庫調度方式及調度過程模擬對于研究水庫調度方式優化及其影響意義重大。水庫運用過程中，入庫水沙條件、庫區地形等都是在不斷變化的，開展水庫徑流調節計算、水庫沖淤預測計算、水庫出庫水沙過程預測、水庫調度運行對防洪發電航運等的影響研究等，都需要研究和模擬水庫調度過程。水庫調度過程的準確模擬關系到水庫調度運行及其影響預判的準確性和可靠性。開展水庫的水沙調控研究有利于水庫發揮綜合效益和保持有效庫容供長期使用，目前關于水庫水沙聯合調度、多目標優化調度的研究也比較多，但長期以來，水庫調度更多是側重于對徑流過程進行調節，較少考慮泥沙淤積對調度過程的影響，或者更多的是研究水庫調度對泥沙沖淤的影響，較少考慮泥沙沖淤對水庫調度過程的影響，而實際上，二者是時刻都在發生著相互影響的。現有技術主要是首先根據水庫調度方式采用庫容曲線進行徑流調節計算，得到計算周期內的水庫調度過程(壩前水位過程和下泄流量過程)，然后采用求出的水庫調度過程進行水庫沖淤計算。現有技術存在的不足包括：求水庫調度過程時采用的是庫容曲線，沒有考慮泥沙淤積影響，也沒有考慮庫區非恒定流的真實輸移過程，是基于水量平衡思想和恒定流思想的一種簡化的計算結果。在計算周期較長且水庫泥沙淤積量較大時，現有技術計算過程與實際過程不符，計算結果精度較低。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，能夠解決現有技術無法反映庫區泥沙淤積影響，計算過程與實際過程不符，計算精度較低的問題。為解決上述技術問題，本專利技術采用的一個技術方案是：提供一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，它包括以下步驟：步驟1，收集水庫河道地形、入庫水沙、水庫調度方式等資料；步驟2，建立水庫一維非恒定流水沙數學模型；步驟3，利用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊采用反復試算的方法得到滿足水庫調度方式要求的庫水位或下泄流量；步驟4，將計算得到的庫水位或下泄流量作為出口邊界計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形；步驟5，在步驟4計算得到的新地形基礎上重復實施步驟3和步驟4直到計算周期結束，最后得到整個計算周期內的水庫調度過程。步驟2中所建模型基本方程為:水流連續方程水流運動方程懸移質泥沙連續方程懸移質河床變形方程式中：ω為泥沙沉速；角標i為斷面號；Q為流量；A為過水面積；t為時間；x為沿流程坐標；Z為水位；K為斷面流量模數；S為含沙量；S*為水流挾沙力；ρ'為淤積物干容重；B為斷面寬度；g為重力加速度；α為恢復飽和系數；Ad為懸移質河床沖淤面積；水庫一維非恒定流水沙數學模型的出口邊界控制條件為壩前水位或下泄流量。步驟3中，建立水庫調度模塊，根據調度方式中水庫蓄水方式、水庫消落方式、發電調度方式、航運調度方式、汛期運用方式，首先預先給定壩前水位或下泄流量，然后采用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊計算出相對應的下泄流量或壩前水位，并計算水庫出力、庫水位變幅、下泄流量變幅等，當計算結果不滿足調度方式要求時，則改變之前給定的壩前水位或下泄流量重新計算直到計算結果滿足水庫調度方式要求。步驟4中，將步驟3反復試算得到的滿足調度方式要求的壩前水位或下泄流量作為出口邊界，采用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的泥沙沖淤計算模塊計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形。步驟5中，以步驟4計算得到的水庫新地形為基礎重復實施步驟3和步驟4，水庫地形在不斷更新，水庫調度過程以不斷更新的地形為基礎進行模擬計算得到。本專利技術的有益效果是：本專利技術可克服現有技術存在的不足，本專利技術能夠反映庫區泥沙淤積和庫區非恒定流輸移對水庫調度結果的影響，計算過程更加符合實際，可提高水庫調度過程的模擬計算精度，為水庫優化調度和水沙聯合調度提供技術支撐，本專利技術方法同樣適用于其他大型河道型水庫調度過程的模擬計算。附圖說明圖1是三峽水庫干支流河道位置圖。圖2是本專利技術一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的較佳實施例進行詳細闡述，以使本專利技術的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本專利技術的保護范圍做出更為清楚明確的界定。本專利技術采用的一個技術方案是：提供一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，它包括以下步驟：步驟1，收集水庫河道地形、入庫水沙、水庫調度方式等資料；步驟2，建立水庫一維非恒定流水沙數學模型；步驟3，利用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊采用反復試算的方法得到滿足水庫調度方式要求的庫水位或下泄流量；步驟4，將計算得到的庫水位或下泄流量作為出口邊界計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形；步驟5，在步驟4計算得到的新地形基礎上重復實施步驟3和步驟4直到計算周期結束，最后得到整個計算周期內的水庫調度過程。步驟2中所建模型基本方程為:水流連續方程水流運動方程懸移質泥沙連續方程懸移質河床變形方程式中：ω為泥沙沉速；角標i為斷面號；Q為流量；A為過水面積；t為時間；x為沿流程坐標；Z為水位；K為斷面流量模數；S為含沙量；S*為水流挾沙力；ρ'為淤積物干容重；B為斷面寬度；g為重力加速度；α為恢復飽和系數；Ad為懸移質河床沖淤面積；水庫一維非恒定流水沙數學模型的出口邊界控制條件為壩前水位或下泄流量。步驟3中，建立水庫調度模塊，根據調度方式中水庫蓄水方式、水庫消落方式、發電調度方式、航運調度方式、汛期運用方式，首先預先給定壩前水位或下泄流量，然后采用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊計算出相對應的下泄流量或壩前水位，并計算水庫出力、庫水位變幅、下泄流量變幅等，當計算結果不滿足調度方式要求時，則改變之前給定的壩前水位或下泄流量重新計算直到計算結果滿足水庫調度方式要求。步驟4中，將步驟3反復試算得到的滿足調度方式要求的壩前水位或下泄流量作為出口邊界，采用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的泥沙沖淤計算模塊計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形。步驟5中，以步驟4計算得到的水庫新地形為基礎重復實施步驟3和步驟4，水庫地形在不斷更新，水庫調度過程以不斷更新的地形為基礎進行模擬計算得到。以上所述僅為本專利技術的實施例，并非因此限制本專利技術的專利范圍，凡是利用本專利技術說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
，均同理包括在本專利技術的專利保護范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，收集水庫河道地形、入庫水沙、水庫調度方式資料；步驟2，建立水庫一維非恒定流水沙數學模型；步驟3，利用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊采用反復試算的方法得到滿足水庫調度方式要求的庫水位或下泄流量；步驟4，將計算得到的庫水位或下泄流量作為出口邊界計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形；步驟5，在步驟4計算得到的新地形基礎上重復實施步驟3和步驟4直到計算周期結束，最后得到整個計算周期內的水庫調度過程。

【技術特征摘要】
1.一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，收集水庫河道地形、入庫水沙、水庫調度方式資料；步驟2，建立水庫一維非恒定流水沙數學模型；步驟3，利用水庫一維非恒定流水沙數學模型中的水動力模塊采用反復試算的方法得到滿足水庫調度方式要求的庫水位或下泄流量；步驟4，將計算得到的庫水位或下泄流量作為出口邊界計算庫區泥沙沖淤，得到新的河道地形；步驟5，在步驟4計算得到的新地形基礎上重復實施步驟3和步驟4直到計算周期結束，最后得到整個計算周期內的水庫調度過程。2.根據權利要求1所述的一種與泥沙沖淤相耦合的水庫調度過程模擬方法，其特征在于，步驟2中所建模型基本方程為:水流連續方程水流運動方程懸移質泥沙連續方程懸移質河床變形方程式中：ω為泥沙沉速；角標i為斷面號；Q為流量；A為過水面積；t為時間；x為沿流程坐標；Z為水位；K為斷面流量模數；S為含沙量；S*為水流挾沙力；ρ'為淤積物干容重；B為斷面寬度；g為重力加速度；α為恢復飽和系數；Ad為懸移質河床沖淤面積；水庫一維非恒定流水沙數學模型的出口邊界控制條件為壩前...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃仁勇，
申請(專利權)人：長江水利委員會長江科學院，
類型：發明
國別省市：湖北;42