[发明专利]一种基于计算水动力学的灌区配水计划动态预演修正方法

权利要求书

1.一种基于计算水动力学的灌区配水计划动态预演修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建基本地理空间矢量数据图层，并划分用水单元；

S2、对构建的基本地理空间矢量数据图层进行网格剖分，收集渠系的设计数据和设计运行条件数据，并将其输入网格模型；

S3、构建用于渠系调控模拟计算的双向扩展的渠系数据结构；

S4、根据灌溉渠系中的汊点位置、水工建筑物位置，将渠系划分为单渠段的集合，利用渠系数据结构将渠系组织为渠段集合；

S5、收集灌溉渠系配水计划，对地理信息进行面矢量的空间建模，叠加于步骤S2得到的网格模型，并将用水单元的配水信息输入渠系数据结构；

S6、采用基于标量耗散有限体积法的一维水动力学模型构建电子渠系；

S7、利用电子渠系分别对灌溉渠系整体和独立渠段的运行过程进行动态预演修正；

S8、采用基于条件触发的模型预测控制算法对动态预演修正结果进行调控优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于计算水动力学的灌区配水计划动态预演修正方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下分步骤：

S31、采用线段表示每个双向扩展的渠段，将每个分水节点作为渠段端点，并且在相邻渠段端点之间采用弧线箭头表示两个端点之间的关系以及信息交换，构建数据结构；

S32、获取各个渠道名称与属性的对应关系，根据数据结构分类存储各渠道及渠段的信息；

S33、采用汊点处局部节点拓扑关系处理方法，确定各渠道之间的关系，构建双向扩展的渠系数据结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于计算水动力学的灌区配水计划动态预演修正方法，其特征在于，步骤S6具体包括以下分步骤：

S61、利用地表水位和流量为因变量的矩阵形式的一维圣维南方程组描述明渠水流运动过程；

S62、沿河道纵向进行空间离散，并采用标量耗散有限体积法对一维圣维南方程组进行时空离散，得到空间节点上关于地表水位和流量的线性代数方程组。

4.根据权利要求1所述的一种基于计算水动力学的灌区配水计划动态预演修正方法，其特征在于，所述空间节点上关于地表水位和流量的线性代数方程组具体为：

其中，r_i为时空步长比值，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i-1在第p次收敛时的系数，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i-1在第p+1次收敛时的断面面积，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的系数，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的单位长度入渗率，ω为实虚步长比值，Δτ为任意节点处于湿边界状态的持续时间，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的系数，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的系数，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的流量，为第n个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的单位长度入渗率，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p+1次收敛时的流量，g为重力加速度，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的水力半径项，为第n个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的流量，Δt为时间步长，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的水位，Δx_i为第i空间离散节点处的空间步长，为第n+1个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的系数，为第n个时间离散节点中空间离散节点i在第p次收敛时的流量；

边界条件为：

h＝HIq＝0(t＝0)

q_n＝Q_kn(t_kntt_(k+1)n)

q_η＝Q_kη(t_kηtt_(k+1)η)

其中，h为目标节点在目标时刻的水深，HI为最小水深约束，q为目标节点在目标时刻的水深；(t_kn，t_(k+1)n)为第n个闸门的第k个配水时段；q_n为第n个闸门的流量值；Q_kn为第n个闸门在时段k内的调控流量值；h_η是自由出流条件下出流边界节点η的地表水深值；q_η为出流边界节点η处的流量值；Q_kη为出流边界节点η处在时段k内的排水流量值；(t_kη，t_(k+1)η)为出流边界节点η的第k个排水时段。