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。
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；
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，3
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，m/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，m/s；α为动量校正系数；A为过水面积，m ；g为2
重力加速度，m/s；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；
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：3
其中， 分别为第i个断面在第n+1时刻的流量和水位，m /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；
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：Qi＝Qi+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，m /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，3
m/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2
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，m ；ξis为倒虹吸3
局部水力损失系数；Qf为分水口或退水闸的流量，m/s；
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2Ns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；
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，2
其中，S为1h降雨雨量，mm；As为渠道雨水汇流面积，m ；L为渠道长度，m；β为下垫面不均匀系数；
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
其中，A和Yhd中的元素均为已知值；Xhd中的元素为待求解量，即各控制断面的水位和流量；利用建筑物参数、n时刻的水情要素、n+1时刻的内外边界条件，可计算得到A和Yhd中的各元素值，随后采用追赶法求解得到n+1时刻各断面的水位和流量；
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；
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：步骤S2中减小闸门开度的情况如下，在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度减小时，闸前水位迅速上升，后逐渐稳定，此时需要满足上升后的水位刚好不超过渠池的最高运行水位；计算过程为，A1、假设当前闸门开度为e，闸门开度减小Δe；
A2、在耦合降雨过程的一维水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均减小Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
A3、比较闸前水位模拟结果的最大值Zm和渠池最高运行水位Zmax，若Zm‑Zmax≤θ，当前开度e‑Δe则为当前条件下能减小到的最小开度；若Zm‑Zmax|＞θ，则返回A2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围；
3.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：步骤S2中增大闸门开度的情况如下，在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度增大时，闸前水位迅速下降，后逐渐稳定，此时需要满足下降后的水位刚好不低于渠池的最低运行水位；计算过程为，B1、假设当前闸门开度为e，闸门开度增大Δe；
B2、在耦合降雨过程的一维水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均增大Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
B3、比较闸前水位模拟结果的最小值Zm'和渠池最低运行水位Zmin，若Zm'‑Zmin|≤θ，当前开度e+Δe则为当前条件下能增加到的最大开度；若Zm'‑Zmin|＞θ，则返回B2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围；
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
技术领域
[0001] 本发明涉及调水工程运行调度及河流水动力学技术领域，尤其涉及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。
背景技术
[0002] 明渠调水工程输水路线长、调度目标多、控制标准高、运行工况多，输水渠道的水力响应关系尤为复杂。任意建筑物的动态调控都会引起局部区或者整个调水系统的水情状态、运行工况的变化。我国明渠调水工程主要集中在东亚季风气候区，工程沿线气候条件复杂，突发暴雨事件易发、频发，历时短、强度大的降雨过程将使得输水河渠水力响应将进一步加剧，工程调控难度进一步凸显。若闸群调控不当，容易引起渠道水位雍高超过规定水位甚至产生渠道漫溢现象，或引起渠道水位下降速度超过允许值，从而威胁工程汛期运行安全。
[0003] 对于大型明渠调水工程，其沿线闸群一般具有自身的设计过闸流量或加大过闸流量，以往工程调控策略的制定也大多以闸门设计过闸流量/加大过闸流量作为调控阈值的参考，这种方式缺乏了对实时场景下输水渠道水位约束的考虑。在工程调度过程中，为保障河渠边坡的稳定及安全，各渠池通常会有最高/最低运行水位的要求；同时为了防止渠池中水位骤降而引起的地下水顶托影响，还需考虑日水位变幅、小时水位变幅等约束条件。若仅以设计过闸流量/加大过闸流量作为闸门调控的阈值参考，调度过程中特别是在汛期极端工况下工程安全将难以保障。
[0004] 因此，在以往的调度策略制定基础上，尚需进一步研究和探讨考虑工程调度约束条件的串联闸群汛期可调节能力测算方法，为极端场景下调度决策方案的制定提供有效参考和科学保障。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供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，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 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，包括如下步骤，[0008] S1、构建耦合降雨过程的一维水动力模型，并求解：
[0009] 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；
[0010] S2、试算当前工况下的闸门最大开度和/或最小开度：
[0011] 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；
[0012] S3、计算当前工况下的闸门可调节能力范围：
[0013] 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。
[0014] 优选的，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，
[0015]
[0016]
[0017] 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3
向的渠道纵向距离，m；q为单位长度的旁侧入流量，m/s；α为动量校正系数；A为过水面积，
2 2
m；g为重力加速度，m/s；Sf为摩阻比降，可由下式表示：
[0018]
[0019] 其中，nc为输水渠道曼宁糙率系数；R为水力半径，m。
[0020] 优选的，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：
[0021]
[0022]
[0023] 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。
[0024] 优选的，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，
[0025] 泵站：
[0026] Qi＝Qi+1
[0027]
[0028] 节制闸：
[0029] Qi＝Qi+1
[0030]
[0031] 倒吸虹：
[0032] Qi＝Qi+1
[0033]
[0034] 分水口和/或退水闸：
[0035] Qi＝Qi+1+Qf
[0036] Zi＝Zi+1
[0037] 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3
量，m /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
3
站流量，m /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
2
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，m ；
3
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，m/s。
[0038] 优选的，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2Ns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。
[0039] 优选的，耦合降雨过程如下，
[0040] 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，
[0041]
[0042] 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。
[0043] 优选的，模型求解具体为，
[0044] 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，
[0045] AXhd＝Yhd
[0046] 即
[0047]
[0048] 其中，A和Yhd中的元素均为已知值；Xhd中的元素为待求解量，即各控制断面的水位和流量；利用建筑物参数、n时刻的水情要素、n+1时刻的内外边界条件，可计算得到A和Yhd中的各元素值，随后采用追赶法求解得到n+1时刻各断面的水位和流量。
[0049] 优选的，步骤S2中减小闸门开度的情况如下，
[0050] 在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度减小时，闸前水位迅速上升，后逐渐稳定，此时需要满足上升后的水位刚好不超过渠池的最高运行水位；计算过程为，
[0051] A1、假设当前闸门开度为e，闸门开度减小Δe；
[0052] A2、在耦合降雨过程的一维水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均减小Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
[0053] A3、比较闸前水位模拟结果的最大值Zm和渠池最高运行水位Zmax，若Zm‑Zmax≤θ，当前开度e‑Δe则为当前条件下能减小到的最小开度；若Zm‑Zmax|＞θ，则返回A2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围；
[0054] A4、输出当前工况的可调节最小开度。
[0055] 优选的，步骤S2中增大闸门开度的情况如下，
[0056] 在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度增大时，闸前水位迅速下降，后逐渐稳定，此时需要满足下降后的水位刚好不低于渠池的最低运行水位；计算过程为，
[0057] B1、假设当前闸门开度为e，闸门开度增大Δe；
[0058] B2、在耦合降雨过程的一维水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均增大Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
[0059] B3、比较闸前水位模拟结果的最小值Zm'和渠池最低运行水位Zmin，若Zm'‑Zmin|≤θ，当前开度e+Δe则为当前条件下能增加到的最大开度；若Zm'‑Zmin|＞θ，则返回B2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围；
[0060] B4、输出当前工况下的可调节最大开度。
[0061] 本发明的有益效果是：1、本发明方法在传统方法的基础上，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。2、本发明方法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，可进一步保障工程的安全与平稳运行。
附图说明
[0062] 图1是本发明实施例中测算方法的流程示意图；
[0063] 图2是本发明实施例中降雨入渠示意图；
[0064] 图3是本发明实施例中水动力模型建模范围示意图；
[0065] 图4是本发明实施例中减小闸门开度情况下的闸前水位水动力模拟过程示意图；
[0066] 图5是本发明实施例中减小闸门开度情况下的过闸流量水动力模拟过程示意图；
[0067] 图6是本发明实施例中增大闸门开度情况下的闸前水位水动力模拟过程示意图；
[0068] 图7是本发明实施例中增大闸门开度情况下的过闸流量水动力模拟过程示意图。
具体实施方式
[0069] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0070] 实施例一
[0071] 如图1所示，本实施例中，提供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，包括三部分内容，下面对这三部分内容展开说明。
[0072] 一、对构建的耦合降雨过程的一维水动力模型进行求解
[0073] 首先需建立耦合降雨过程的一维水动力数值模拟模型，实现闸门动作时渠道水位、流量变化过程的模拟计算。
[0074] 即：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，耦合降雨过程后对模型进行求解。具体如下，
[0075] 1、基本控制方程
[0076] 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，[0077]
[0078]
[0079] 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3
向的渠道纵向距离，m；q为单位长度的旁侧入流量，m/s；α为动量校正系数；A为过水面积，
2 2
m；g为重力加速度，m/s；Sf为摩阻比降，可由下式表示：
[0080]
[0081] 其中，nc为输水渠道曼宁糙率系数；R为水力半径，m。
[0082] 2、方程的离散与线性化
[0083] 圣维南方程组属于一阶拟线性双曲型偏微分方程组，目前尚无法求得其解析解，只能依靠数值离散方法求得其近似解。有限差分法(FDM)是数值模拟中应用最广的一类方法，其采用有限节点上的值来代替整个求解区域的连续函数值。根据计算过程是否依赖待求时刻的未知量，有限差分法可分为显式格式和隐式格式两种。本发明采用收敛速度快、稳定性好的Prei ssmann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。
[0084] 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：
[0085]
[0086]3
[0087] 其中， 分别为第i个断面在第n+1时刻的流量和水位，m /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。
[0088] 3、模型的内边界条件
[0089] 在输水系统中，水力特性或几何形状发生明显变化的节点被称为内部边界。明渠调水工程的建筑物类型众多，涉及泵站、节制闸、倒虹吸、渐变段、分水口、退水闸、渡槽、涵洞、桥梁等多种内部边界。针对内部边界，圣维南方程组不再适用，必须对其进行特殊处理。为了与渠道圣维南方程联立求解，通常根据建筑物过流特性，选择水位‑流量关系、动量方程、能量方程、连续方程中的任意两个作为控制方程。各内边界的控制方程如下：
[0090] 泵站：
[0091] Qi＝Qi+1
[0092]
[0093] 节制闸：
[0094] Qi＝Qi+1
[0095]
[0096] 倒吸虹：
[0097] Qi＝Qi+1
[0098]
[0099] 分水口和/或退水闸：
[0100] Qi＝Qi+1+Qf
[0101] Zi＝Zi+1
[0102] 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3
量，m /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
3
站流量，m /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
2
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，m ；
3
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，m/s。
[0103] 4、模型的外边界条件
[0104] 假设明渠调水工程共包含Ns个断面，则整个系统共包含2Ns个未知量(Ns水位和Ns个流量)，水动力模型求解也需要2Ns个相互独立的方程。Ns个断面共产生Ns‑1个建筑物，存在2Ns‑2个控制方程，还需补充的上、下游两个外部边界条件才能形成封闭的方程组。本发明中耦合降雨过程的一维水动力模型中，上游选择流量边界(即上游闸门的过闸流量)，下游选择水位边界(即下游闸门的闸前水位)。
[0105] 5、耦合降雨过程
[0106] 渠道的雨水汇流范围如图2所示，认为降雨直接进入渠道水体，中途汇流时间忽略不计。在圣维南方程组中，降雨以均匀旁侧入流的方式考虑，如下式：
[0107]
[0108] 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；
[0109] 在计算过程中，降雨汇流面积大多考虑渠道水面、渠道边坡、一级马道和马道以上护坡(如草地护坡、喷浆护坡)等部分的范围，在降雨情景下，汇水范围内的降雨强度基本相同，但下垫面下渗、截留能力存在差异。因此，需引入下垫面不均匀系数β，以反映不同位置单位时段内产生的净雨量差异。通过历史不同强度降雨量率定该系数，提高暴雨入渠仿真模拟的精确度。
[0110]
[0111] 其中，β为下垫面不均匀系数。
[0112] 6、模型求解
[0113] 根据各类建筑物的线性化控制方程以及边界条件，耦合降雨过程的一维水动力模型能够写成矩阵形式，
[0114] AXhd＝Yhd
[0115] 即(以上游流量、下游水位边界为例)：
[0116]
[0117] 其中，A和Yhd中的元素均为已知值；Xhd中的元素为待求解量，即各控制断面的水位和流量；利用建筑物参数、n时刻的水情要素、n+1时刻的边界条件，可计算得到A和Yhd中的各元素值，随后采用追赶法可求解得到n+1时刻各断面的水位和流量。
[0118] 二、试算当前工况下的闸门最大开度/最小开度：
[0119] 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(即：渠道+闸门+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/最小值刚好不超过渠道的最高运行水位/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/最小开度。
[0120] 以减小闸门开度和增大闸门开度两种情况为例：
[0121] 1、减小闸门开度的情况如下，
[0122] 在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度减小时，闸前水位迅速上升，后逐渐稳定，此时需要满足上升后的水位刚好不超过渠池的最高运行水位；计算过程为，
[0123] A1、假设当前闸门开度为e，闸门开度减小Δe；
[0124] A2、在一维水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均减小Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
[0125] A3、比较闸前水位模拟结果的最大值Zm和渠池最高运行水位Zmax，若Zm‑Zmax|≤θ，当前开度e‑Δe则为当前条件下能减小到的最小开度；若Zm‑Zmax|＞θ，则返回A2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围，一般取0.05m；
[0126] A4、输出当前工况的可调节最小开度。
[0127] 2、增大闸门开度的情况如下，
[0128] 在上、下游边界和分水流量固定的条件下，当中间闸门开度增大时，闸前水位迅速下降，后逐渐稳定，此时需要满足下降后的水位刚好不低于渠池的最低运行水位；计算过程为，
[0129] B1、假设当前闸门开度为e，闸门开度增大Δe；
[0130] B2、在以为水动力模型固定边界的条件下，让中间某个时刻至末时刻的闸门开度均增大Δe，启动水动力模拟计算，输出该节制闸闸前水位在模拟时段内的变化过程；
[0131] B3、比较闸前水位模拟结果的最小值Zm'和渠池最低运行水位Zmin，若Zm'‑Zmin|≤θ，当前开度e+Δe则为当前条件下能增加到的最大开度；若Zm'‑Zmin|＞θ，则返回B2进行下一轮的迭代计算；θ为模型模拟误差允许范围，一般取0.05m；
[0132] B4、输出当前工况下的可调节最大开度。
[0133] 三、计算当前工况下的闸门可调节能力范围：
[0134] 闸门动作引起的过闸流量变化的最大值/最小值则为当前工况下该闸门的最大过流能力/最小过流能力，即闸门可调节能力。
[0135] 则，基于S2得到的当前工况下的闸门最大开度/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时段内的变化过程，最大流量/最小流量即为当前工况下闸门的最大过流能力/最小过流能力，即闸门可调节能力。
[0136] 实施例二
[0137] 本实施例中，以南水北调中线工程为例，采用本发明方法进行串联闸群汛期可调节能力实时计算。
[0138] 南水北调中线干线工程从陶岔渠首到北京团城湖全长1277km，共设置64座节制闸(除惠南站泵站外，其余均是弧形闸门)，这是实现南水北调中线工程适时适量供水的基础。不同工况下各闸门可调节能力的实时计算，可为工程的调度决策提供科学参考，保障工程多场景下(尤其是应急情况下)的渠池安全和下游供水安全。具体实施步骤如下：
[0139] 1、任意选择相邻的三座节制闸形成的两个连续渠池为研究区域(如图3中的建模区域)，构建耦合降雨过程的一维水动力模型，其中上游选用流量边界，下游选用水位边界，以中间闸门作为计算对象(如图3中的节制闸3)。
[0140] 2、通过试算法，基于耦合降雨过程的一维水动力模型计算得到的闸门开度减小/增大情况下满足渠池水位约束的闸门开度值。当闸门开度减小时，闸前水位模拟值会迅速上升，后逐渐稳定(如图4所示)，过闸流量模拟值迅速减小，后逐渐恢复(如图5所示)，通过试算出的闸门开度使得闸前水位刚好不超过最高运行水位。当闸门开度增大时，闸前水位模拟值会迅速下降，后逐渐稳定(如图6所示)，过闸流量模拟值迅速增大，后逐渐恢复(如图7所示)，通过试算出的闸门开度使得闸前水位刚好不低于最低运行水位。
[0141] 3、通过步骤2得到减小开度/增大开度情况下的极限开度，在该开度下进行水动力模拟，模拟得到的流量最小/最大值(如图5和图7所示)即为当前工况下闸门可调节能力(结果如表1所示)。
[0142] 表1南水北调中线工程刁河‑澎河节制闸闸门可调节能力计算结果
[0143]
[0144]
[0145] 通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
[0146] 本发明提供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，本发明方法在传统方法的基础上，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。本发明方法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，可进一步保障工程的安全与平稳运行。
[0147] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
