[发明专利]一种闸门过流量计算方法

权利要求书

1.一种闸门过流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取河道的几何参数并构建对应的几何模型；

S2、根据河道的几何模型，构建描述过闸门水运动过程的一维Saint-Venant方程组；

S3、获取河道几何模型中上游点的实测水位ξ_up,o；

S4、设定过闸流量Q；

S5、将实测水位ξ_up,o和当前过闸流量Q作为一维Saint-Venant方程组的边界条件，对其进行求解，获得河道下游点的模拟水位ξ_down,s；

S6、获取下游 点的实测水位ξ_down,o，并计算其与模拟水位ξ_down,s的水位误差值ε_down；

S7、判断水位误差值ε_down的绝对值是否小于设定阈值；

若是，则将当前设定的过闸流量Q作为闸门过流量；

若否，则调整当前设定的过闸流量Q，并返回步骤S5；

所述步骤S5具体为：

S51、将上游点的实测水位ξ_up,o和当前过闸流量Q分别作为一维Saint-Venant方程组的上边界条件和内边界条件；

S52、沿河道纵向进行空间离散，并采用全隐式有限体积法对一维Saint-Venant方程组进行时空离散，得到空间节点上关于地表水位ξ和过流量Q₀的线性代数方程组；

S53、对线性代数方程组进行解算，得到河道几何模型中任意空间节点的水位；

S54、在任意空间节点的水位中选取与获取河道上游点的实测水位ξ_up,o时的空间节点对应的河道下游点的水位作为河道下游点的模拟水位ξ_down,s；

所述步骤S52中，空间节点上关于地表水位ξ和过流量Q₀的线性代数方程组为：

式中，η为时间离散步长和空间离散步长平方的比值；

为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i的边界i-1/2对应的河道过流断面面积，其中，n为时间离散节点标号，i为空间离散节点标号；

δ为第p收敛步骤和第p+1收敛步骤之间的变量差；

为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i的边界i-1在第p收敛步骤中时的地表水位；

为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i的边界i+1/2在第p收敛步骤中时河道的过流量；

Δt为时间离散步长；

为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i的边界i+1/2在第p收敛步骤中时流道的过流速度；

Δx为空间离散步长；

u_i为空间离散节点i的过流速度；

g为重力加速度；

α、β和λ均为线性代数系数；

其中，

2.根据权利要求1所述的闸门过流量计算方法，其特征在于，所述步骤S1中河道的几何参数包括河道横断面的几何尺寸、纵向高程、水运动方向和闸门的位置。

3.根据权利要求2所述的闸门过流量计算方法，其特征在于，所述步骤S1中构建河道几何模型的方法具体为：

A1、将闸门所在位置作为河道几何模型的中心轴；

A2、以闸门所在位置为临界线，根据水运动方向确定河道的上游和下游；

A3、在河道上交错确定河道过闸流量Q测量点位置和水位ξ测量点位置，并使河道上游和下游的过闸流量Q测量点位置和水位ξ测量点位置关于闸门位置成轴对称，完成河道几何模型的构建。

4.根据权利要求2所述的闸门过流量计算方法，其特征在于，所述步骤S2中的一维Saint-Venant方程组为：

式中，ξ为地表水位；

t为时间坐标；

Q为河道的过流量；

x为沿河道方向的距离坐标；

u为河道的过流速度；

g为重力加速度；

A为河道的过流断面面积；

n₀为地表糙率；

R为河道的水力半径。