[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

说明书

本发明公开了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，包括构建基本地理空间矢量数据图层；对构建的基本地理空间矢量数据图层进行网格剖分；构建用于渠系调控模拟计算的双向扩展的渠系数据结构；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；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；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；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；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。本发明更全面的考虑了渠系运行过程中的水流运动物理规律，具有低成本、高解释性的特点。

技术领域

本发明涉及灌溉渠道配水技术领域，具体涉及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。

背景技术

灌区是一种强人类活动影响区，水资源的时空分布及运动与自然流域显著不同。国内灌区运行管理经验性强、不够科学，现有的基于最优化理论的配水模型对渠系物理约束考虑不足，无法充分发挥水工建筑物的协同调控潜力，导致灌溉渠道配水计划与实施过程割裂开来，供需分离，操作性失水、弃水现象突出，存在输水过程调控不到位，基层管水员劳动强度大，末级量水设备失效等问题。

目前，现有技术主要有两类技术路线：一类是采用运筹学理论构建配水优化编组模型，对水资源时空分配进行优化调度，该方法在可供水量或调度目标发生较大变化时具有较高的参考价值，能够适时调整调度计划的主要发力方向，但仍存在过于概化渠道系统的动力学特征的问题，无法定量表征渠道系统的非线性和迟滞性，不能为调度人员提供精确地决策依据；另一类技术路线是采用更具有可解释性的数值仿真技术对渠道系统调度方案开展测试与评价。然而，由于数值仿真技术在水利方面多应用于洪水演进模拟、工程设计或渠道控制算法性能测试，相关算法与模型并没有针对具有大量闸门、分水口及放水涵的灌溉渠系整体计算进行深入的研发与调教，导致相关研究始终没有摆脱原有应用场景的束缚，无法直接应用于灌溉渠系的实时运行调度。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，针对灌区中存在的渠系复杂、控制性非控制性环境交错分布、各类内边界条件数量众多等特点，本发明提出一种基于计算水动力学的灌溉配水计划动态预演修正方法。能够在配水计划制定阶段完成相对充分的调控工作，克服供需分离问题，形成更符合物理规律、更易于实施、更符合需求的配水计划，挖掘现有工程的协同调控潜力，有效减少渠系损失浪费，提高渠系的运行管理水平，降低基层劳动强度。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

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，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。

可选地，步骤S3具体包括以下分步骤：