树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统
专利汇可以提供树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 水 利研究技术领域，具体涉及一种树状河网 梯级 水库水动 力 水质泥沙耦合模拟方法及系统，本发明解决河道地形断面和控制线水文 站点 资料的完整性和可靠性；加入梯级水库后如何解决河网与梯级水库的联解，依托最新实测干支流河道水深地形资料，建立了将梯级水库调度模式和一维河网水动力模型融合为一体的西江中游河网整体 水动力学 模拟计算平台。模型计算以一维圣维南方程为 基础 ，提出了从河网、子河网、河道、 节点 四个层面建立模型的计算顺序，对河网及梯级水库进行概化，通过水利枢纽调度方式、外部边界条件的传递关系连接成一个整体，将各个河段连接成一个计算整体，实现同步实时模拟和计算，丰富了河网梯级水库调度的研究手段。，下面是树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统专利的具体信息内容。
1.一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1 根据梯级水库在树状河网中的分布，分割得到河网的控制节点；
S2 对河网的控制节点进行分类；
S3 编制程序计算控制节点，实现河网与梯级水库的联合求解；
S4 通过河网整体水动力学模拟计算平台，实现同步实时模拟和计算。
2.根据权利要求1所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述S1中，根据梯级水库在树状河网中的分布，将每个水库大坝所在断面作为分割整体河网的控制要素，分隔出若干子河网，按照从上游向下游的顺序来编子河网的编号，每个子河网的控制节点也按从上游向下游编排，大坝上游端和下游端各布置一个控制节点且编号连续，作为每个子河网的上边界或下边界控制节点。
3.根据权利要求1所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述S2中，将河网的控制节点进行分类，一类是需要外部给定边界条件的节点，称为外边界节点；另一类为内边界节点，无需给定边界条件，是河道交汇口，外边界节点是河道的上、下游端和大坝前端的节点。
4.根据权利要求1所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述S3中，编制程序计算的过程中，按照子河网的编号顺序计算，每个子河网按照树状河网的算法独立运算，运算结束后，根据大坝上游端和下游端控制节点间的关系，将该子河网的下游端计算结果通过大坝上、下游端的控制节点传入给下一个子河网，作为下一个子河网的上游端边界条件，依次类推，最后实现河网与梯级水库的联合求解。
5.根据权利要求1所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述S4中，模型计算以一维圣维南方程为基础，从河网、子河网、河道、节点四个层面建立模型的计算顺序，对河网及梯级水库进行概化，通过水利枢纽调度方式、外部边界条件的传递关系连接成一个整体，从而将各个河段连接成一个计算整体。
6.根据权利要求5所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述一维圣维南方程包括水流连续方程和水流运动方程；
所述水流连续方程为：
所述水流运动方程为：
式中s为流程坐标，单位m；Q为流量，单位m3/s；Z为水位，单位m；g为重力加速度，单位m/s2；t为时间，单位s；A为过水断面面积，单位m2；R为水力半径，单位m；n为河道糙率系数。
7.根据权利要求6所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，采用Preissmann四点隐式差分格式对一维圣维南方程组进行离散，最后化简为：
离散方程(3)和(4)为编号为i和i+1相邻两断面间的水位和流量关系式，为内断面方程，a1i、c1i、e1i、a2i、c2i、d2i和e2i为隐含有z和Q的系数，需要内部迭代求解；
针对某一内部划分了n个断面的顺直河段，式(3)和(4)第i个矩形网格中建立的2个非线性代数方程式，带有4个未知数 和 n个断面有2n个未知量，可以列2×
(n-1)个方程，加上下游边界条件各一个方程做到闭合，获得的大型稀疏三对角方程组采用追赶法求解。
8.根据权利要求1所述的树状河网梯级水库水动力水质及泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述S4中，同步实时模拟和计算包括以下步骤：
S41 读入河网拓扑结构数据文件；
S42 读入河道断面基本信息；
S43 读入初始水位和流量文件；
S44 读入计算时间步长等基本参数；
S45 在每个时间开始迭代前调用边界文件，开始计算水位和流量。
9.一种树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟系统，所述系统用于实现权利要求
1-8所述的任意一项的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法，其特征在于，所述系统的计算软件采用fortran语言编写，包含主程序模块、边界文件模块、计算模块、泥沙模块和温度模块。
10.根据权利要求9所述的树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟系统，其特征在于，所述主程序模块运算中，首先读入河网拓扑信息数据和每个河段的断面几何信息数据，并给各断面和水位赋初始值；此时读入每个断面水位与过流面积、水面宽和湿周的对应关系以及每个流量与糙率的对应关系，对此求各断面过流面积、水面、湿周和流速初始值，并给予汇流点的水位赋初始值，最后读入计算需要的其他参数；
所述边界文件模块运算中，首先读入该时刻各节点和分、进水口的流量或水位值，并确定边界该时刻的边界条件；
所述计算模块运算中，首先从总数据库文件中找出上一时刻的数据，并读入该时刻的边界条件，求出各河段的系数，根据系数求出各河段的水位和流量，通过误差判断控制泥沙程序条用，并控制结果输出；
所述泥沙模块运算中，首先从总数据库文件中找出上一时刻的数据，并读入该时刻的边界条件，计算含沙量和河床冲淤高度，对节点赋值并误差判断，读入该时刻各节点的流量或水位值，将节点边界值赋值给各河段上下游断面，最后读入该时刻和分水口含沙量；
所述温度模块运算中，首先从总数据库文件中找出上一时刻的数据，并读入该时刻的边界条件，计算温度场并节点赋值和误差判断，读入该时刻各节点的流量或水位值，将节点边界值赋值给各河段上下游断面，最后读入该时刻和分水口含沙量。
树状河网梯级水库水动力水质泥沙耦合模拟方法及系统
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