一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，包括下述步骤：根据平原湖区水文测站的逐日降雨、逐日水位资料，采用降雨径流模型设计入湖洪水过程和入河道洪水过程；利用有侧向入流的明渠非恒定流基本方程计算两级串联水闸群首级闸闸下水位、末级闸闸上水位以及泵站站前水位、河道测点水位；建立水闸不同流态下的闸门出流模型计算水闸泄流能力；建立分洪区流量计算模型计算分洪流量；建立泵站排水模型计算泵站的排水能力。本发明专利技术能有效地由已知条件并指定调度策略，求解防洪排涝系统状态结果的模型；并根据防洪排涝系统状态计算机模拟结果提出大型排涝泵站调度和主要湖泊控制运用意见。

A calculation method of flood control and drainage of sluice pump system in plain Lake area

【技术实现步骤摘要】
一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法
本专利技术涉及水资源与环境
，尤其涉及一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法。
技术介绍
我国南方湖区系江湖冲积平原，地形平坦，土地肥沃，雨量充沛，河网密布、湖泊众多，是重要的农副业生产基地。但由于地面高程大多低于外江洪水位，防洪安全依赖堤防保护。汛期降雨量大而集中，湖区洪水受外江持续高水位顶托，自流排水困难，易形成溃涝灾害。经过治理，大部分湖区已形成有调蓄区(含调蓄湖泊和备蓄区等)、河网、排水闸和泵站(包括外排泵站和内排泵站)等工程构成的湖河闸泵防洪排涝系统。开展平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算模型研究对大型排涝泵站调度和主要湖泊控制运用意见编制、降低泵站群运行成本、提升湖区防洪排涝管理水平具有重要的理论意义和实用价值。本专利技术将提出一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算模型。图1是较为常见的带分蓄洪区一湖两串联水闸一泵站型防洪排涝系统概化图。系统运行时各外排设施(外排闸、外排泵站)优先排出其区域内的田间涝水(称为排田)；没有外排设施区域的排田流量进入湖泊调蓄；外排闸(末级水闸)关闭期间，当外排泵站站前水位高于泵站起排水位时外排泵站开机排水(称为排湖)，低于停机水位时泵站停机；若排水河道监测点水位达到河道分洪水位ZfR且预报有雨，则执行入河道洪水分洪调蓄方案；若外排泵站全部开机，湖泊水位仍不能稳定在湖泊分洪水位ZfL且预报有雨，为保证湖堤及下游人民生命财产安全，执行湖泊汛期控制运用分洪调蓄方案。目前常见的排水排涝系统有：平原圩区除涝系统、城市港渠闸站排涝系统、灌区内部排水除涝系统，对于这些类似的水资源系统调度的研究多采用系统分析的方法。系统分析方法是一种用于研究复杂系统的组合构成及运行规律的概念性方法，通常来讲它包括了确定系统的构成要素、组织架构、对象关系、功能效用等基本要素，以及运行过程和联系等动态要素。系统分析方法已经被广泛的用于平原湖区的除涝排水优化运行和城市河湖闸泵群排涝系统优化调度问题研究，并且采用了多种计算方法，比如线性规划、非线性规划、动态规划、大系统分解协调、多目标规划等等，建立了较为科学准确的数学模型或运算程序，提高了生产效益同时，为未来的规划建设，运行策略也给予了科学合理的指导。研究水资源系统的规划建设、运营方式、调度方案等优化问题的目的是为了更好的指导其未来和现在的运行，使系统的“硬件设施”能够充分发挥其功能效用。国内外的经验也表明，一个出色的水资源系统，通常是科学合理的规划建设和优化的调度运行策略相辅相成的。到目前为止，国内外无论是对平原湖区除涝系统还是城市的河湖闸泵群排涝系统优化调度的研究大多侧重于建设规划或项目论证，对于平原湖区防洪排涝设施组成的大排水系统的优化排涝调度运行方面研究较少。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，能有效地由已知条件并指定调度操作，求解排水系统状态结果的模型，并根据排水系统状态计算机模拟结果提出大型排涝泵站调度和主要湖泊控制运用意见修编建议。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，该方法包括以下步骤：步骤1：收集平原湖区水文测站的逐日降雨、逐日水位资料，采用降雨径流模型设计入湖洪水过程Q(t)和入河道洪水过程Q2(t)；步骤2：输入湖泊汛限水位Z0；泵站起排水位Zyp；湖泊分洪水位ZfL；河道分洪水位ZfR；湖泊分洪量W1max；河道分洪量W2max；t＝0天；步骤3：令t＝t+1开始迭代计算；步骤4：输入入湖洪水过程Q(t)和入河道洪水过程Q2(t)和末级闸闸下外江水位Zd(2)(t)；步骤5：假设t时段末湖泊水位ZL(t)，由时段初的湖泊水位开始试算，时段初的湖泊水位取湖泊汛限水位Z0；步骤6：假设t时段末首级闸排湖流量Q1′(t)；步骤7：由防洪排涝系统概化模型确定首级闸排湖流量Q1′(t)、河道侧向入流q＝Q2(t)-q(t)；再根据有侧向入流的明渠非恒定流基本方程计算首级闸闸下河道水位Zd(1)(t)、末级闸闸上水位Zu(1)(t)、泵站站前水位Zp(t)、河道测点水位ZR(t)；步骤8：根据水闸不同流态下的闸门出流模型计算首级闸泄流能力Q1(t)；步骤9：若|Q1(t)-Q′1(t)|≤ε，ε为给定的收敛精度，则迭代收敛，首级闸泄流能力Q1(t)即为所求；否则，重新设Q′1(t)＝Q1(t)+Δ1，返回步骤6，进行下次迭代，Δ1为给定增量；若Q′1(t)>Q1(t)，则Δ1>0；否则Δ1<0；步骤10：由湖泊水量平衡模型计算时段末湖泊容积变化：ΔV’＝V′(t)-V′(t-1)；步骤11：由时段初的湖泊水位，然后根据湖泊水位-容积关系曲线求得时段初湖泊容积V′(t-1)，进而得到时段末湖泊容积V′(t)；再据湖泊水位-容积关系曲线模型求得时段末湖泊水位ZL′(t)；步骤12：若ZR(t)≥ZfR且W2(t)<W2max，ZfR为分洪调蓄方案确定的河道水位测点分洪水位，W2max为分洪调蓄方案确定的河道侧向入流分洪量，则执行分洪调蓄方案，由分洪区流量计算模型确定河道侧向入流分洪流量q(t+1)，并更新计算W2(t)，重新计算河道侧向入流q＝Q2(t)-q(t)，返回步骤7；否则往下继续执行；步骤13：若ZL′(t)≥ZfL且W1(t)<W1max，ZfL为分洪调蓄方案确定的湖泊分洪水位，W1max为湖泊分洪量，则执行分洪调蓄方案，由分洪区流量计算模型确定湖泊分洪流量q’(t)，并更新计算W1(t)，返回步骤10；否则往下继续执行；步骤14：若|ZL(t)-Z'L(t)|≤ε，ε为给定的收敛精度，则迭代收敛，时段末湖泊水位ZL′(t)即为所求；否则，重新设ZL(t)＝ZL′(t)+Δ2，返回步骤4，进行下次迭代，Δ2为给定增量；若ZL(t)>ZL′(t)，则Δ2>0；否则Δ2<0；步骤15：计算末级闸泄流过程q1(t)、泵站排水能力Dp(t)；步骤16：若t≥tmax，则时段末湖泊水位ZL′(t)、首级闸排湖流量Q1(t)即为所求；否则，返回步骤3；步骤17：输出湖泊水位过程ZL′(t)、外排闸末级泄流过程q1(t)、外排泵站排水过程Dp(t)。进一步地，本专利技术的步骤7中，有侧向入流的明渠非恒定流基本方程为：其中，Q1′(t)表示t时段末首级闸排湖流量，m3/s；q表示河道侧向入流，q＝Q2(t)-q(t)，m3/s；Q2(t)表示时段末入河洪水过程，m3/s；q(t)表示时段末河道侧向入流分洪流量，m3/s；A表示河道过水断面面积，m2；Z表示水位，m；R表示水力半径，m；C表示谢才系数；α表示动量修正系数。进一步地，本专利技术的步骤8中，判断水闸不同流态的流程为：平板闸门出流流态的判别按时段内闸上水头H、计入行近流速水头的闸上水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤1：收集平原湖区水文测站的逐日降雨、逐日水位资料，采用降雨径流模型设计入湖洪水过程Q(t)和入河道洪水过程Q

【技术特征摘要】
1.一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：收集平原湖区水文测站的逐日降雨、逐日水位资料，采用降雨径流模型设计入湖洪水过程Q(t)和入河道洪水过程Q2(t)；
步骤2：输入湖泊汛限水位Z0；泵站起排水位Zyp；湖泊分洪水位ZfL；河道分洪水位ZfR；湖泊分洪量W1max；河道分洪量W2max；t＝0天；
步骤3：令t＝t+1开始迭代计算；
步骤4：输入入湖洪水过程Q(t)和入河道洪水过程Q2(t)和末级闸闸下外江水位Zd(2)(t)；
步骤5：假设t时段末湖泊水位ZL(t)，由时段初的湖泊水位开始试算，时段初的湖泊水位取湖泊汛限水位Z0；
步骤6：假设t时段末首级闸排湖流量Q1′(t)；
步骤7：由防洪排涝系统概化模型确定首级闸排湖流量Q1′(t)、河道侧向入流q＝Q2(t)-q(t)；再根据有侧向入流的明渠非恒定流基本方程计算首级闸闸下河道水位Zd(1)(t)、末级闸闸上水位Zu(1)(t)、泵站站前水位Zp(t)、河道测点水位ZR(t)；
步骤8：根据水闸不同流态下的闸门出流模型计算首级闸泄流能力Q1(t)；
步骤9：若|Q1(t)-Q′1(t)|≤ε，ε为给定的收敛精度，则迭代收敛，首级闸泄流能力Q1(t)即为所求；否则，重新设Q1′(t)＝Q1(t)+Δ1，返回步骤6，进行下次迭代，Δ1为给定增量；若Q1′(t)>Q1(t)，则Δ1>0；否则Δ1<0；
步骤10：由湖泊水量平衡模型计算时段末湖泊容积变化：ΔV’＝V′(t)-V′(t-1)；
步骤11：由时段初的湖泊水位，然后根据湖泊水位-容积关系曲线求得时段初湖泊容积V′(t-1)，进而得到时段末湖泊容积V′(t)；再据湖泊水位-容积关系曲线模型求得时段末湖泊水位ZL′(t)；
步骤12：若ZR(t)≥ZfR且W2(t)<W2max，ZfR为分洪调蓄方案确定的河道水位测点分洪水位，W2max为分洪调蓄方案确定的河道侧向入流分洪量，则执行分洪调蓄方案，由分洪区流量计算模型确定河道侧向入流分洪流量q(t+1)，并更新计算W2(t)，重新计算河道侧向入流q＝Q2(t)-q(t)，返回步骤7；否则往下继续执行；
步骤13：若ZL′(t)≥ZfL且W1(t)<W1max，ZfL为分洪调蓄方案确定的湖泊分洪水位，W1max为湖泊分洪量，则执行分洪调蓄方案，由分洪区流量计算模型确定湖泊分洪流量q’(t)，并更新计算W1(t)，返回步骤10；否则往下继续执行；
步骤14：若|ZL(t)-Z'L(t)|≤ε，ε为给定的收敛精度，则迭代收敛，时段末湖泊水位ZL′(t)即为所求；否则，重新设ZL(t)＝ZL′(t)+Δ2，返回步骤4，进行下次迭代，Δ2为给定增量；若ZL(t)>ZL′(t)，则Δ2>0；否则Δ2<0；
步骤15：计算末级闸泄流过程q1(t)、泵站排水能力Dp(t)；
步骤16：若t≥tmax，则时段末湖泊水位ZL′(t)、首级闸排湖流量Q1(t)即为所求；否则，返回步骤3；
步骤17：输出湖泊水位过程ZL′(t)、外排闸末级泄流过程q1(t)、外排泵站排水过程Dp(t)。


2.根据权利要求1所述的平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法，其特征在于，步骤7中，有侧向入流的明渠非恒定流基本方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：何培杰，高功正，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42