【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水動力學計算，具體涉及一種下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法。
技術介紹
1、在灌區渠道水動力仿真過程中，閘門作為一種重要的控制節點，過閘流量的計算直接影響渠道內部的水量平衡與動力學過程，同時對閘門調度管理起到一定的參考作用。傳統過閘流量計算方法需要知道閘底高程、閘門寬度、流量系數等靜態工程參數，以及閘門開度、閘前閘后水位等動態參數。一般是在給定上述信息的條件下，判斷過閘流態，進而采用相應的過流公式計算過閘流量。
2、但在渠道水動力仿真過程中，閘前閘后水位處于動態變化之中，在閘門調度情況下，閘門開度也會隨時間改變，因此要求過閘流量計算能夠跟隨這些變化進行動態計算。對于渠道建模范圍內部的閘門，閘前閘后水位均可從水動力仿真結果中實時提取，計算出過閘流量后傳遞給水動力仿真模型，從而形成渠道水動力仿真與閘門過流的雙向互饋。但渠道建模存在一定邊界，這一邊界往往以閘門等控制節點作為分界，位于邊界處的閘門無法從水動力仿真模型獲取邊界外的水位信息，從而造成過閘流量計算信息的缺失。
技術實現思路
1、針對現有技術中的上述不足，本專利技術提供的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法解決了現有相關方法中，位于邊界處的閘門無法從水動力仿真模型獲取邊界外的水位信息，從而造成過閘流量計算信息缺失的問題。
2、為了達到上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為：一種下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，包括：
3、s1、根據閘門所在渠道
4、s2、根據閘門類型，提取對應的閘前閘后信息；
5、s3、根據提取的閘前閘后信息，計算閘前總水頭和閘后總水頭；
6、s4、根據閘前總水頭、閘后總水頭與閘門開度之間的關系，確定過閘流向及過閘流態，進而計算過閘流量。
7、進一步地，所述步驟s2中，提取的閘前閘后信息包括閘前水位、閘前流速、閘后水位以及閘后流速；
8、當為內部閘門時，所述閘前閘后信息從對應水動力仿真模型中直接提取；
9、所述邊界閘門包括進口邊界閘門和出口邊界閘門；當為進口邊界閘門時，閘前水位和閘前流速通過外部計算提取，閘后水位和閘后流速從對應的水動力仿真模型中直接提取；當為出口閘門時，閘前水位和閘前流速從對應的水動力仿真模型中直接提取，閘后水位以及閘后流速通過外部計算提取。
10、進一步地，當為進口邊界閘門時，所述閘前水位和閘前流速以邊界條件的形式給定。
11、進一步地，當為出口邊界閘門時，根據閘后水流情況提取閘后水位和閘后流速；
12、當閘后水流情況已知或相對穩定時，所述閘后水位和閘后流速以邊界條件的形式給定；
13、當閘后水流情況未知且閘后為大跌坎或陡坡時，將根據閘后水位和閘后流速計算的閘后總水頭給定為0；
14、當閘后水流情況未知且閘后為常規渠道時，根據歷史監測數據確定閘后水位后與過閘流量的經驗關系，推算閘后水位和閘后流速。
15、上述進一步方案的有益效果為：上述方法根據邊界閘門的不同類型，針對性地給出閘后信息缺失條件下的處理措施，有效涵蓋各類常見的真實場景，使得計算方案更加貼近實際。
16、進一步地，所述閘后水位與過閘流量的經驗關系為閘后水位與過閘流量的直接經驗關系或閘后水位變幅與過閘流量變幅的經驗關系。
17、進一步地，根據經驗關系，計算過閘流量的方法具體為：s21、根據已知的閘前水位和閘前流速，結合當前閘后水位和閘后流速，計算初步過閘流量；
18、s22、將計算的初步過閘流量代入經驗關系中，計算初步閘后水位；
19、s23、根據計算的初步過閘流量、初步閘后水位以及下游渠道斷面形態，計算初步閘后流速；
20、s24、根據閘前水位、閘前流速、初步閘后水位以及初步閘后流速，計算更新的過閘流量；
21、s25、根據更新的過閘流量，基于經驗關系計算更新的閘后水位和閘后流量；
22、s26、重復步驟s22～s25，直到相鄰兩次計算的過閘流量之差小于給定閾值，得到最終的閘后水位和閘后流速。
23、上述進一步方案的有益效果為：上述方法在過閘流量與閘后水位均未知的情況下，根據隱式的經驗關系，采用迭代試算法確定最終的過閘流量與閘后水位，具有更高的計算精度。
24、進一步地，所述閘前總水頭h上為：
25、
26、閘后總水頭h下為：
27、
28、式中，z上為閘前水位，zb為閘底高程，z下為閘后水位，u上為閘前流速，u下為閘后流速，g為重力加速度；其中，當z上<zb時，h上＝0，當z下<zb時，h下＝0。
29、進一步地，過閘流量的確定方法為：
30、當閘前總水頭h上與閘后總水頭h下相等時，過閘流量為0；
31、當閘前總水頭h上大于閘后總水頭h下時，流向為正向流動，根據過閘流態計算過閘流量；
32、當閘前總水頭h上小于閘后總水頭h下時，流向為反向流動，將根據過閘流態計算得到的過閘流量取負。
33、進一步地，根據過閘流態計算過閘流量的方法具體為：
34、當e/h上≤λ閘時，按閘孔流公式計算過閘流量：
35、若h下/h上≤λ自，則為自由閘孔流，過閘流量
36、若h下/h上>λ自，則為淹沒閘孔流，過閘流量
37、當e/h上>λ閘時，按堰流公式計算過閘流量：
38、若h下/h上≤λ自，則為自由堰流，
39、若h下/h上>λ自，則為淹沒堰流，
40、式中，e為閘門開度，λ閘為閘孔流與堰流臨界系數，λ自為自由流與淹沒臨界系數，μ自為自由閘孔流量系數，μ淹為淹沒閘孔流量系數，b為閘門寬度，m自為自由堰流流量系數，m淹為淹沒堰流流量系數。
41、上述進一步方案的有益效果為：上述方法根據不同的閘前閘后總水頭與閘門開度之間的關系，區分四種流態，分別采用不同的經驗公式和流量系數計算過閘流量，有效涵蓋了可能發生的各類場景，使得該方法具有更廣泛的應用范圍。
42、本專利技術的有益效果為：
43、(1)本專利技術提供的過閘流量計算方法，可有效解決灌區渠道水動力仿真過程中遇到的各類閘門邊界問題，尤其是邊界閘門信息缺失條件下的過流計算。
44、(2)本專利技術方法針對不同閘門邊界類型，給出閘后信息缺失條件下的具體處理措施，有效解決因信息缺失導致的過閘流量計算不準確的問題；
45、(3)本專利技術方法采用迭代試算法處理過閘流量與閘后水位的隱式經驗關系，過閘流量的計算結果更為準確；
46、(4)本專利技術方法全面覆蓋不同過閘流態，應用范圍更為廣泛。
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1.一種下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，所述步驟S2中，提取的閘前閘后信息包括閘前水位、閘前流速、閘后水位以及閘后流速；
3.根據權利要求2所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，當為進口邊界閘門時，所述閘前水位和閘前流速以邊界條件的形式給定。
4.根據權利要求2所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，當為出口邊界閘門時，根據閘后水流情況提取閘后水位和閘后流速；
5.根據權利要求4所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，所述閘后水位與過閘流量的經驗關系為閘后水位與過閘流量的直接經驗關系或閘后水位變幅與過閘流量變幅的經驗關系。
6.根據權利要求5所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，根據經驗關系，計算過閘流量的方法具體為：
7.根據權利要求1所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在
8.根據權利要求7所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，過閘流量的確定方法為：
9.根據權利要求8所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，根據過閘流態計算過閘流量的方法具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，所述步驟s2中，提取的閘前閘后信息包括閘前水位、閘前流速、閘后水位以及閘后流速；
3.根據權利要求2所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，當為進口邊界閘門時，所述閘前水位和閘前流速以邊界條件的形式給定。
4.根據權利要求2所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流量計算方法，其特征在于，當為出口邊界閘門時，根據閘后水流情況提取閘后水位和閘后流速；
5.根據權利要求4所述的下游邊界信息缺失條件下的通用過閘流...
【專利技術屬性】
技術研發人員：米博宇，陳皓銳，張寶忠，管孝艷，陶園，賈志軍，魏亮，張德寧，紀偉光，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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