一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法。

背景技术：

水库的调度运用方式关系到水库综合效益的发挥，开展水库调度方式及调度过程模拟对于研究水库调度方式优化及其影响意义重大。水库运用过程中，入库水沙条件、库区地形等都是在不断变化的，开展水库径流调节计算、水库冲淤预测计算、水库出库水沙过程预测、水库调度运行对防洪发电航运等的影响研究等，都需要研究和模拟水库调度过程。水库调度过程的准确模拟关系到水库调度运行及其影响预判的准确性和可靠性。开展水库的水沙调控研究有利于水库发挥综合效益和保持有效库容供长期使用，目前关于水库水沙联合调度、多目标优化调度的研究也比较多，但长期以来，水库调度更多是侧重于对径流过程进行调节，较少考虑泥沙淤积对调度过程的影响，或者更多的是研究水库调度对泥沙冲淤的影响，较少考虑泥沙冲淤对水库调度过程的影响，而实际上，二者是时刻都在发生着相互影响的。

现有技术主要是首先根据水库调度方式采用库容曲线进行径流调节计算，得到计算周期内的水库调度过程(坝前水位过程和下泄流量过程)，然后采用求出的水库调度过程进行水库冲淤计算。现有技术存在的不足包括：求水库调度过程时采用的是库容曲线，没有考虑泥沙淤积影响，也没有考虑库区非恒定流的真实输移过程，是基于水量平衡思想和恒定流思想的一种简化的计算结果。在计算周期较长且水库泥沙淤积量较大时，现有技术计算过程与实际过程不符，计算结果精度较低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法，能够解决现有技术无法反映库区泥沙淤积影响，计算过程与实际过程不符，计算精度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集水库河道地形、入库水沙、水库调度方式等资料；

步骤2，建立水库一维非恒定流水沙数学模型；

步骤3，利用水库一维非恒定流水沙数学模型中的水动力模块采用反复试算的方法得到满足水库调度方式要求的库水位或下泄流量；

步骤4，将计算得到的库水位或下泄流量作为出口边界计算库区泥沙冲淤，得到新的河道地形；

步骤5，在步骤4计算得到的新地形基础上重复实施步骤3和步骤4直到计算周期结束，最后得到整个计算周期内的水库调度过程。

步骤2中所建模型基本方程为:

水流连续方程

水流运动方程

悬移质泥沙连续方程

悬移质河床变形方程

式中：ω为泥沙沉速；角标i为断面号；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；S为含沙量；S_*为水流挟沙力；ρ'为淤积物干容重；B为断面宽度；g为重力加速度；α为恢复饱和系数；A_d为悬移质河床冲淤面积；

水库一维非恒定流水沙数学模型的出口边界控制条件为坝前水位或下泄流量。

步骤3中，建立水库调度模块，根据调度方式中水库蓄水方式、水库消落方式、发电调度方式、航运调度方式、汛期运用方式，首先预先给定坝前水位或下泄流量，然后采用水库一维非恒定流水沙数学模型中的水动力模块计算出相对应的下泄流量或坝前水位，并计算水库出力、库水位变幅、下泄流量变幅等，当计算结果不满足调度方式要求时，则改变之前给定的坝前水位或下泄流量重新计算直到计算结果满足水库调度方式要求。

步骤4中，将步骤3反复试算得到的满足调度方式要求的坝前水位或下泄流量作为出口边界，采用水库一维非恒定流水沙数学模型中的泥沙冲淤计算模块计算库区泥沙冲淤，得到新的河道地形。

步骤5中，以步骤4计算得到的水库新地形为基础重复实施步骤3和步骤4，水库地形在不断更新，水库调度过程以不断更新的地形为基础进行模拟计算得到。

本发明的有益效果是：本发明可克服现有技术存在的不足，本发明能够反映库区泥沙淤积和库区非恒定流输移对水库调度结果的影响，计算过程更加符合实际，可提高水库调度过程的模拟计算精度，为水库优化调度和水沙联合调度提供技术支撑，本发明方法同样适用于其他大型河道型水库调度过程的模拟计算。

附图说明

图1是三峡水库干支流河道位置图。

图2是本发明一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明采用的一个技术方案是：提供一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集水库河道地形、入库水沙、水库调度方式等资料；

步骤2，建立水库一维非恒定流水沙数学模型；

步骤3，利用水库一维非恒定流水沙数学模型中的水动力模块采用反复试算的方法得到满足水库调度方式要求的库水位或下泄流量；

步骤4，将计算得到的库水位或下泄流量作为出口边界计算库区泥沙冲淤，得到新的河道地形；

步骤5，在步骤4计算得到的新地形基础上重复实施步骤3和步骤4直到计算周期结束，最后得到整个计算周期内的水库调度过程。

步骤2中所建模型基本方程为:

水流连续方程

水流运动方程

悬移质泥沙连续方程

悬移质河床变形方程

式中：ω为泥沙沉速；角标i为断面号；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；S为含沙量；S_*为水流挟沙力；ρ'为淤积物干容重；B为断面宽度；g为重力加速度；α为恢复饱和系数；A_d为悬移质河床冲淤面积；

水库一维非恒定流水沙数学模型的出口边界控制条件为坝前水位或下泄流量。

步骤3中，建立水库调度模块，根据调度方式中水库蓄水方式、水库消落方式、发电调度方式、航运调度方式、汛期运用方式，首先预先给定坝前水位或下泄流量，然后采用水库一维非恒定流水沙数学模型中的水动力模块计算出相对应的下泄流量或坝前水位，并计算水库出力、库水位变幅、下泄流量变幅等，当计算结果不满足调度方式要求时，则改变之前给定的坝前水位或下泄流量重新计算直到计算结果满足水库调度方式要求。

步骤4中，将步骤3反复试算得到的满足调度方式要求的坝前水位或下泄流量作为出口边界，采用水库一维非恒定流水沙数学模型中的泥沙冲淤计算模块计算库区泥沙冲淤，得到新的河道地形。

步骤5中，以步骤4计算得到的水库新地形为基础重复实施步骤3和步骤4，水库地形在不断更新，水库调度过程以不断更新的地形为基础进行模拟计算得到。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。