(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211144740.3 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100038 北京市海淀区车公庄西路20 号 (72)发明人 王艺霖　张召　雷晓辉　陈晓楠　 靳燕国　李景刚　卢明龙　杜梦盈　 陈宁　叶尚君　 (74)专利代理 机构 北京市盛峰律师事务所 11337 专利代理师 于国强 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种明渠调水工程串联闸群汛期可调节能 力实时测算方法 (57)摘要 本发明公开了一种明渠调水工程串联闸群 汛期可调节能力实时测算方法， 包括S1、 构建耦 合降雨过程的一维水动力模型， 并求解； S2、 基于 耦合降雨过程的一维水动力模型， 试算当前工况 下的闸门最大开度和/或最小 开度； S3、 结合S2中 得到的当前工况下的闸门最大开度和/或最小开 度， 计算当前工况下的闸门可调节能力范围。 优 点是： 充分考虑了渠道水位、 地下水位、 衬砌安全 等约束条件， 能够实现对任意工况下汛期闸门的 可调节阈值范围进行实时计算。 所计算的汛期闸 门调节能力在误差范围内能使闸门调控始终满 足运行水位约束与蓄水平压要求， 可为各调度模 型提供更加可靠的边界条件， 为汛期工程应急情 况下调度决策方案的制定提供 科学参考。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 115423346 A 2022.12.02 CN 115423346 A 1.一种明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特征在于： 包括如下 步骤， S1、 构建耦合降雨过程的一维水动力模型， 并求 解： 对河渠一维水流运动的基本控制方程进行离散和线性化， 设置 内边界条件和外边界条 件， 耦合降雨过程后构建耦合降雨过程的一维水动力模型， 并对 模型进行求 解； S2、 试算当前工况 下的闸门最大开度和/或最小开度： 基于构建的耦合降雨过程的一维水动力模型， 选择一个节制闸及其上、 下游各一段渠 道为建模区域， 以中间的节制闸为计算对象， 通过试算中间闸 门的变化开度， 使得该闸门闸 前水位的模拟最大值和/或最小值刚好不超过渠道的最高运行水位和/或最低运行水位， 此 时对应的开度值即为当前工况 下该闸门能调节的最大开度和/或最小开度； S3、 计算当前工况 下的闸门可调节能力范围： 基于S2得到的当前工况下的闸门最大开度和/或最小开度， 再次进行水动力模拟计算， 获取该闸门过闸流量在模拟过时段内的变化过程， 最大流量和/或最小流量即为当前工况 下闸门的最大 过流能力和/或最小过流能力， 即闸门可调节能力。 2.根据权利要求1所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 河渠一维水流 运动的基本控制方程 为圣维南方程组， 包括连续方程和动量方程， 其中， B为过水断面表面宽度， m； Z为水位， m； t为时间， s； Q为流量， m3/s； x为沿主流向的 渠道纵向距离， m； q为单位长度的旁侧入流量， m3/s； α 为动量 校正系数； A为 过水面积， m2； g为 重力加速度， m/s2； Sf为摩阻比降， 可由下式表示： 其中， nc为输水渠道曼宁糙 率系数； R为水力半径， m。 3.根据权利要求2所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 利用Preissmann四点带权隐式差分格式对圣维南方程组进行离散和线性化； 第i和 i+1个断面间的渠道控制方程可线性 化成如下格式： 其中， 分别为第i个 断面在第n+1时刻的流量和水位， m3/s； 系数Ci、 Di、 Ei、 Gi、 Fi、 Φi均可由水力参数和第n时刻的水力要素计算得到 。 4.根据权利要求3所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 内边界为输水系统中水力特性或几何形状发生明显变化的节点， 包括泵站、 节制 闸、 倒吸虹、 分水口和/或退 水闸； 则各个内边界中构成内边界条件的控制方程组分别为， 泵站：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115423346 A 2Qi＝Qi+1 节制闸： Qi＝Qi+1 倒吸虹： Qi＝Qi+1 分水口和/或退 水闸： Qi＝Qi+1+Qf Zi＝Zi+1 其中， Qi和Qi+1分别为泵站、 节制闸、 倒虹吸、 分水口/退水闸的进、 出口断面的流量， m3/ s； Zi和Zi+1分别为节制闸、 倒虹吸、 分水口/退水闸的进、 出口断面的水位， m； Qps为泵站流量， m3/s； Hn为净扬程， m； Aps、 Bps、 Cps分别为泵站Qps～Hn性能曲线的三个系数； M3为淹没孔流下的 综合流量系数； e为闸门开度， m； Bg为节制闸过水总宽度， m； nis为倒虹吸曼宁糙率系数； Lis为 倒虹吸长度， m； Ris为并联倒虹吸水力半径， m； Ais为并联倒虹吸的过水面积， m2； ξis为倒虹吸 局部水力损失系数； Qf为分水口或退 水闸的流 量， m3/s。 5.根据权利要求3所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 针对外边界条件， 假设明渠调水工程共包含Ns个断面， 则整个输水系统共包含2Ns 个未知量， 即Ns水位和Ns个流量， 耦合降雨过程的一 维水动力模型的求解也需要2 Ns个相互 独立的方程； 由于Ns个断面共产生Ns ‑1个建筑物， 即存在2Ns ‑2个控制方程， 需要补充上游 边界条件和下游边界条件才能形成封闭的方程组； 因此， 上游选择流量边界作为外边界条 件， 即上游闸门的过闸流 量； 下游选择 水位边界作为外边界条件， 即下游闸门的闸前 水位。 6.根据权利要求3所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 耦合降雨过程如下， 在圣维南方程组中， 引入下垫面不均匀系数， 以反映不同位置单位时段内产生的净雨 量差异， 如下式， 其中， S为1h降雨雨量， mm； As为渠道雨水汇流面积， m2； L为渠道长度， m； β 为下垫面不均 匀系数。 7.根据权利要求3所述的明渠调水工程串联闸群汛期可调节能力实时测算方法， 其特 征在于： 模型求 解具体为， 根据各类建筑物的内边界条件和外边界条件， 将耦合降雨过程的一维水动力模型写成 如下矩阵形式， AXhd＝Yhd权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115423346 A 3