[发明专利]一种闸门过流量计算方法

说明书

本发明公开了一种闸门过流量计算方法，预设一个过闸流量Q，借助闸门前后水位的实测值，通过水动力偏微分方程组，求解闸门前后水位的模拟值，并将其与实测值的水位误差与预设阈值比较，进而调整预设的过闸流量Q，式水位误差在预设阈值范围内，将当前预设过闸流量作为精确闸门过流量。本发明方法相对于现有的闸门过流量测量方法，具有显著的低成本高精度优势。

技术领域

本发明属于水利闸门流量测量技术领域，具体涉及一种闸门过流量计算方法。

背景技术

精准地获知过闸流量，是流域或灌区管理中的重要工作，利用闸门前后水位来计算获取河道或渠道的过闸流量，是一类常见的流量获取方法。但该方法均是借助基本的或修正的水利学公式，水利学公式属于半理论-半经验型公式，存在收缩系数等物理意义不明的经验型待定参数。即使费时费力地率定该参数，其值仍然会随着闸门前后水位的变化而变化，而非固定的数值，由此导致该类方法的精度差、应用成本高等缺点。另外，应用超声波流量计等方法，亦能获取过闸流量，但要想获取精准的过闸流量数据，目前的应用往往在10万元以上，故无法大规模应用，不适应当前“智慧水利”的发展趋势。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的闸门过流量计算方法解决了现有方法中确定闸门过流量过程费时费力的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种闸门过流量计算方法，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、获取下流点的实测水位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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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；