[发明专利]梯级通航枢纽物理模型数学模型一体化试验方法

说明书

技术领域

本发明梯级通航枢纽物理模型数学模型一体化试验方法，属于航电枢纽试验方法领域，尤其是一种将枢纽物理模型和梯级数学模型耦合试验的方法。

背景技术

通航枢纽的数物模相互结合方法：

现状：在通航枢纽的设计和布置研究中，采用数学模型和物理模型相互结合的方法是在本领域中一种常见的研究手段。但是现有的物理模型和数学模型的相互结合，一般是在同一个枢纽中分别使用物理模型和数学模型进行研究。根据枢纽的特点有些研究内容使用物理模型，有些研究内容使用数学模型。

缺陷：这样的研究虽然也同时使用了物理模型和数学模型但只是对一个模型进行研究，没有考虑梯级开发特点对梯级开发河段综合两种研究方法的优势。对于多个枢纽不能相互借鉴研究成果，造成研究浪费。

梯级开发一体化研究方法：

现状：对于一段河道的综合开发以及各个梯级的关系进行一体化的研究，此类思想起源较早，但是一直未见具体实施的实例。虽然每条河流的梯级开发都有整体规划作为指导，但在各个枢纽的具体研究过程中，很难通过系统整合获得研究的集约化和综合效益的最大化。在国际上相关研究也未见报道。

困难：对于不同枢纽特点，应如何将现有方法和技术进行一体化整合一直是研究方法中的难点。

梯级通航枢纽的关键问题：

现状：梯级通航枢纽的关键技术问题包括：航道稳定性、枢纽安全布置、船舶过坝安全和航运梯级调度，在航道稳定性和枢纽安全布置问题中，一般采用物理模型模拟和数学模型模拟两种方法相互结合的手段。

缺陷：现有的研究方法对梯级通航枢纽而言，一座枢纽同时建一个物模和一个数模，各个梯级之间各自模拟，没有相互借鉴和验证。这种方式虽然是梯级开发，但是相当于是每个梯级枢纽独立研究，对于各梯级枢纽同时存在的的共性问题和共性特征没有通过统一的方案进行有效的整合，致使研究浪费较大，最终提出的航道稳定性解决方案和枢纽安全布置方案对梯级而言是未经过整合优化的。

发明内容

本发明的目的是针对以上缺陷，公布一种梯级通航枢纽物理模型数学模型一体化试验方法，方法采取以下步骤：

a.解决航道稳定性问题；

b.解决枢纽安全布置问题；

航道稳定性问题主要是泥沙输移问题，该贯穿整个研究区域的各个梯级，在每个梯级的研究中都会面临这个问题，同时泥沙的输移在整个河段中是平衡的。

1、所述的解决航道稳定性问题方案为：（1）对整个研究河段进行一维水沙数学模型模拟；（2）模拟的结果为河段输沙稳定后的距离-河床高程曲线；（3）所述的距离-河床高程曲线，为航道的整治工程设计提供依据；（4）为枢纽物理模型提供地形条件；（5）为各枢纽二维通航水流模拟和局部二维水沙精细模拟提供数模边界条件。

（1）所述一维水沙数学模型模拟起点和终点确定方法为：

当最上一级枢纽上游1km范围内存在弯道或岔道合并时，在弯道或岔道起始位置向上游延伸3km作为模拟起点；当最下一级枢纽下游1km存在弯道或岔道时，在弯道或岔道结束位置下游3km作为模拟终点；当上下游均不存在弯道时，以最上一级枢纽上游3km为起点，最下一级枢纽下游3km为终点。

（2）所述的距离-河床高程曲线起点为计算起点下游2km，终点为计算终点上游2km；

根据发明人对多个梯级枢纽进行模拟的结果得出，当上游起点不足3km时，各个梯级枢纽河床高程模拟结果受到上边界地形初始条件影响较大，尤其是在上游两个梯级处，计算结果与天然实测结果明显不符；当下游计算终点位置在最下游枢纽下游不足3km时，下游水位初始值对梯级枢纽中最接近下边界的两个梯级有显著影响，计算结果不能反映真实情况。当上下游存在弯道时，若不将弯道包含在一维水沙数学模拟范围内，模拟结果将出现明显错误。在模拟结果中，将模拟范围内上下游各去掉2km模拟不相似区域，形成距离-河床高程曲线。

（3）所述的为各段航道的整治工程设计提供依据是指，将蓄水后最小通航流量工况水面线绘制在距离-河床高程曲线上，根据各位置水位与计算河床高程，计算通航水深，当通航水深不满足通航保证率要求时，对航道进行疏浚；

（4）所述的为枢纽物理模型提供地形条件是指：将第一级枢纽上游航道高程取为距离-河床高程曲线疏浚后的最高值，将最末一级枢纽下游航道高程取为疏浚后距离-高程曲线的最低值，河道中其他位置高程根据1：2000最新实测水下地形图进行设计施工。