[发明专利]调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法

权利要求书

1.调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法，其特征在于，所述方法包括：

基于圣维南基本微分方程组1.1以及1.2在Δt时段简化为水量平衡方程式1.3、动力方程式1.4和动力方程式1.5后求解得到水位；

增加区间入流量、出流量的方程式如下：

其中，以上各式中：dL为渠段长；Δt为时段；Z为水位；Q为流量，q为区间入流流向，R为区间分流流量；W为渠段容积，渠段蓄水增量ΔW＝(W₂-W₁)；ΔZ为渠段，为渠段平均流量；为渠段平均流量模数；g为水位重力加速度；v为流速；渠段蓄水增量ΔW₁是在时段Δt内渠段总入流量与总出流量的差值，即由入流过程Q_上1～Q_上2与出流过程Q_下1～Q_下2所包围的水体；渠段蓄水增量ΔW₂是在时刻t1的渠段水面线Z_上1～Z_下1和时刻t2的河段水面线Z_上2～Z_下2所包围的水体；

在计算断面为n时，需要有n-2个断面流量计算关系式求解方程；若以下游起始断面的编号为i＝1，依次往上游的断面编号则为i＝2、i＝3…i＝n-2、i＝n-1、i＝n；

当断面编号1＜i＜n时，若断面流量和渠段蓄水增量用二维数组表示，根据水量平衡方程式1.3，则断面i－1与断面i之间、断面i与断面i+1之间考虑渠段区间入流、出流影响时的水量平衡关系式分别为式1.6、式1.7：

(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt

……………………………………………………………………(式1.6)

(Q(i+1，s)+Q(i+1，s-1))-(Q(i,s)+Q(i,s-1))+(q(i,s)+q(i,s-1))-(R(i,s)+R(i,s-1))＝2ΔW(i-1,i)/Δt

……………………………………………………………………(式1.7)

基于方程式1.6、方程式1.7得到方程式1.8：

2(Q(i，s)+Q(i，s-1))-(Q(i-1,s)+Q(i-1,s-1))-(Q(i+1,s)+Q(i+1,S-1))+(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))-(q(i,s)+q(i,s-1)-(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))+(R(i,s)+R(i,s-1))＝2(ΔW(i-1,i)-ΔW(i,i+1))/Δt

……………………………………………………………………(式1.8)

若令：

aqujq＝[(Q(i-1,s))+Q(i-1,s-1))+(Q(i+1,s)+Q(i+1,S-1))-(q(i-1,s)+q(i-1,s-1))+(q(i,s)+q(i,s-1))+(R(i-1,s)+R(i-1,s-1))-(R(i,s)+R(i,s-1))]/2

……………………………………………………………………(式1.9)

式1.8写成：

Q(i,s)＝(ΔW(i-1,i)-ΔW(i,i+1))/Δt+aqujq-Q(i,s-1)

……………………………………………………………………(式1.10)

式中：以二维数组表达的流量Q，括号内的第一项为断面编号，第二项为时段Δt的初、末代号；以二维数组表达的蓄水增量ΔW，括号内的第一项为渠段下游断面编号，第二项为渠段上游断面编号；因此，渠道累计蓄水增量分别为方程式1.11以及方程式1.12：

式中：ΔA为过水断面积增量;

当已知条件为Q_上1、Z_上1、Q_下1、Z_下1、Q_上2、q₁、q₂、R₁、R₂以及Z_下2时，依据渠段蓄水增量ΔW的关系求解Z_上2和Q_下2；

采用计算机编程技术，按上述关系调节Q_下2值，在两种方式计算的渠段蓄水增量ΔW₁和ΔW₂相等的条件下，此时的Q_下2和Z_上2即为方程组的解；

其中，Q_上1为入流过程时段初渠段所包围的水体，Q_上2为入流过程时段末渠段所包围的水体，Q_下1为出流过程时段初渠段所包围的水体，Q_下2为出流过程时段末渠段所包围的水体，q₁和q₂分别为时段初和时段末之间的入流流向，R₁和R₂分别为时段初和时段末之间的分流流量，W₁和W₂分别为时段初和时段末之间的渠段容积，ΔZ₁为时段初的渠段内水位差值，ΔZ₂为时段末的渠段内水位差值，为时段初渠段平均流量模数，为时段末渠段平均流量模数，Q₁为时段初渠段内流量，Q₂为时段末渠段内流量；

动态计算的步骤如下：

步骤1：程序计算，输入渠道或管道各断面的编号和桩号、包括被保护区域在内的沿岸堤顶或路面高程、断面二维数组、糙率系数、初始水位和初始流量；输入各渠段或管段的来水设计流量过程和承纳水体的设计水位过程；输入进水溢流堰和调蓄池的计算参数，包括进水溢流堰的堰顶高程、宽度、流量系数，调蓄池的高程～容积关系、底板高程、设计水位及设计容积、初始水位和初始容积；输入程序计算步长dt、时段数s和蓄水增量1、蓄水增量2的允许误差值。程序计算结果为运用调蓄池后的渠道或管道各断面的水位、流量、断面积过程表，排水渠水量平衡过程表，调蓄池的内外水位、削峰流量、库存水量过程表，以及降低被保护区域水位的情况；

步骤2：当调蓄池的最大库存水量不是略小于设计容积时，则调整进水溢流堰的堰顶高程、宽度、流量系数、或排水渠断面二维数组及其糙率系数，重复步骤1计算，直至得到调蓄池或分洪区在储存超额流量的过程结束时，调蓄池或分洪区的水位也达到设计水位的结果；

步骤3：当被保护区域沿岸的堤顶安全超高或调蓄池的削峰流量不满足设计要求时，则增加调蓄池和分洪区的设计容积，重复步骤1、2，直至被保护区域沿岸的堤顶安全超高或调蓄池的削峰流量满足设计要求，从而最终确定调蓄池或分洪区、渠道、进水溢流堰的建设规模。