(1)采用六点隐式有限差分格式求解圣维南方程
[0051]本发明采用一维水流模型对河涌水动力进行数学模型计算，一维河网水动力计算 模型是基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流Saint-Venant方程组来模拟 河流或河口的水流状态。
[0052]
[0053]
[0054] 式中：X、t分别为计算点空间和时间的坐标，A为过水断面面积，Q为过流流量，h为 水位，QB为栗站流量，C为谢才系数，R为水力半径，α为动量校正系数，g为重力加速度。
[0055]方程组利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解，该格式在每一个网格点 不同时计算水位和流量，而是按顺序交替计算水位或流量，分别称为h点和Q点。Abbo tt-Ionescu格式具有稳定性好、计算精度高的特点。离散后的线形方程组用追赶法求解。
[0056] 上述方程求解：
[0057]①连续性方程求解
[0058]对每一 h点求解连续性方程。h点处过流宽度bs可以描述为，
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 这里空间步长上，只有对Q求导，如图2所示，则在时间步长n+1/2时，空间步长对Q 的导数为，
[0065] 而bs又可以写为，
[0063]
[0064]
[0066]
? ι. 8；
[0067] 式中Aoj为计算点j-1和j之间的面积，Aoj+1为计算点j和j+1之间的面积，Δ 2xj为 计算点j_l和j+1之间的空间步长。将以上各式代入连续性方程得出，
[0068]
[0069]式中α，β，γ是b和δ的函数，并随n时刻Q和h及n+1/2时刻Q的大小而变化。
[0070]②动量方程的求解 [0071 ]对每一个q点求解动量方程，如图5所示。
[0072] 通过数值变换，动量方程可以写为，
[0073]
[0074]式中（各参数符合意义同上）
[0075] aj = f(A)
[0076]
[0077]
[0078]
[0079] (2)基于地形断面剖分计算水力半径R
[0080] 利用河道地形图剖分望江沥河道断面，共划分了 30个断面，平均断面间距约180m。 河道断面在方程中计算水力半径(R)。
[0081] R=A/X (12)
[0082] R为水力半径，A为断面面积，X为断面周长。
[0083] (3)对水闸过流进行耦合计算(Q与h的传递）
[0084]在模型中计算普通闸门的过闸流量时可实现孔口自由出流到堰流的连续计算。 [0085] 堰流公式为：
[0086]
[0087]其中Cd为堰流有效流量系数，b为闸门净宽，w为闸孔高程，g为重力加速度，hl/h2 分别为闸门上下游水位。
[0088]为抑制模型在堰流与孔口自由出流连续计算时的不稳定性，模型提供了孔口自由 出流与堰流缓冲计算区，该区域的范围可调整。在缓冲区内，过闸流量将通过孔口自由出流 和堰流的计算值内差所得。
[0089] (4)对栗站排水进行耦合计算(Qb )
[0090]栗站抽水的概化处理为设置流量节点控制栗的抽、排水流量，即在一维水流模型 中设置一个节点单元，作为旁侧出流输出流量模拟栗站排水流量(Qb)。
[0091 ] 4、对河涌行洪排溃参数的量进行实时预报
[0092]本系统通过输出一维模型计算结果可预报河涌洪水量(Q)、河涌各位置的水位(h) 及栗站的排水流量(Qb)的预报。
[0093] (1)洪水量的预报(Q)
[0094] 将采集的雨量数据输入到流域降雨-径流模型中，经计算可实时预报河涌的洪水 量
[0095] (2)行洪水面线及水位的预报(h)
[0096]将预报的洪水量作为边界输入耦合闸栗联合调度的河涌一维水流模型，可实现河 涌行洪水面线及河涌各位置的水位的实时输出。
[0097] (3)栗站排水流量的预报(Qb)
[0098] 通过一维水流数学模型，提取河涌闸内、闸外的水位，当闸内水位高于闸外水位 时，开启闸门进行自排；当闸内水位低于闸外水位时，关闭闸门开启栗站进行强排，通过一 维水流模型的栗站排水模拟，预报实时的栗站排水流量。
[0099] 实际应用效果表明，本发明的方法及系统能够有效、准确地实时动态预报河涌防 洪排涝情况。
[0100]以上是对本发明较佳实施例的具体说明，但本发明并不限于以上实施例，熟悉本 领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出多种的等同变形或替换，这些等 同的变形或替换均包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种城市河涌防洪排涝动态预报控制方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 采集流域内的实时雨量数据； (2) 使用GPRS通讯进行传输和接收所述实时雨量数据； (3) 根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得各区 域的CN值； (4) 基于流域降雨-径流模型计算洪水流量:利用采集的实时雨量数据P作为输入条件， 利用卫星图片提取下垫面类型确定CN值，将两个参数输入以下流域降雨-径流模型，通过降 雨-径流关系公式计算洪水流量Q:其中，S为流域当时的可能最大滞留量，(5) 基于耦合水闸过流、栗站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及栗站排 水流量，所述一维水流数学模型为一维非恒定流圣维南方程组，对其进行求解，并基于地形 剖分河道河床断面，计算水力半径，再利用孔口自由出流公式及堰流公式计算水闸过流，实 现孔口自由出流到堰流的连续计算，最后设置流量节点控制栗的抽水流量，对栗站排水进 行親合计算； (6) 对河涌行洪排涝水文参数的量进行实时预报:通过上述步骤(5)建立的一维水流数 学模型计算，实时输出河涌洪水流量、河涌各位置的水位及栗站的排水流量。2. -种城市河涌防洪排涝动态预报控制系统，其特征在于，包括如下模块： 数据采集模块，其包括相连的雨量计和数据存储器，用于采集并储存实时雨量数据； 数据传输与接收模块，其包括相连的通讯模块和数据接收器，用于接收所述数据存储 器输出的实时雨量数据； 防洪排涝预报模块，其包括洪水量预报模块、河涌洪水流量预报模块、实时水位预报模 块和栗站流量模块，从而基于流域降雨-径流模型计算洪水流量;以及 预报成果输出模块，用于实时输出经由防洪排涝预报模块得到的河涌洪水流量数据、 实时水位预报数据和栗站流量数据。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据存储器还包括与之相连的蓄电 池，以及为蓄电池捕获太阳能的太阳能板。4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述数据存储器还包括无线数据输出模块， 用于输出实时雨量数据。5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通讯模块为GPRS通讯模块。6. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据接收器包括电连接的接收天线、 电台、计算机和稳压电源。
【专利摘要】本发明公开了一种城市河涌防洪排涝动态预报控制方法，包括以下步骤：(1)采集流域内的实时雨量数据；(2)使用GPRS通讯进行传输和接收所述实时雨量数据；(3)根据卫星图片确定下垫面类型，再根据所述下垫面类型与CN经验取值表，查得各区域的CN值；(4)基于流域降雨-径流模型计算洪水流量；(5)基于耦合水闸过流、泵站排水的河涌一维水流数学模型，计算预报水面线及泵站排水流量；(6)对河涌行洪排涝水文参数的量进行实时预报。本发明的城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统能够有效、准确地实时动态预报河涌防洪排涝情况，有利于城市河涌管理、设计。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105678067
【申请号】CN201511034224
【发明人】谭超, 黄本胜, 黄广灵, 邱静, 黄锋华, 胡培
【申请人】广东省水利水电科学研究院
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月31日