梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)問題處理方法
【專利摘要】一種梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流“滯時(shí)”處理方法，通過對(duì)整個(gè)河道進(jìn)行斷面劃分，在各樞紐設(shè)置虛化斷面，在天然斷面和樞紐所在的虛化斷面分別采用求解圣維南方程和樞紐水量平衡計(jì)算的方法，確定全河道包括各樞紐所在的各虛化斷面在內(nèi)的所有計(jì)算斷面的時(shí)段末的水位和流量值。本發(fā)明的方法可確定全河道包括樞紐所在的虛化斷面在內(nèi)的所有計(jì)算斷面的時(shí)段末的水位和流量值。也就實(shí)現(xiàn)了全河道水力要素的同步計(jì)算，因此也就解決了梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中存在的水流“滯時(shí)”技術(shù)難題。
【專利說明】梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)問題處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度領(lǐng)域，尤其是一種對(duì)梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度過程中水流滯時(shí)問題的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)三峽梯級(jí)、黃河上游梯級(jí)、金沙江梯級(jí)等一大批梯級(jí)航電樞紐的陸續(xù)建成和投入運(yùn)行，制定梯級(jí)樞紐的聯(lián)合調(diào)度方案，并按照該方案進(jìn)行調(diào)度，成為了發(fā)揮其通航、發(fā)電等綜合利用效益的關(guān)鍵。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)注的樞紐群聯(lián)合調(diào)度的目標(biāo)主要是發(fā)電效益與防洪安全。隨著水資源可持續(xù)發(fā)展觀念的日益增強(qiáng)，綜合考慮水資源、生態(tài)和環(huán)境的多目標(biāo)調(diào)度問題，是近年來國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。
[0003]進(jìn)行梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)梯級(jí)樞紐間水流的滯后性技術(shù)難題的科學(xué)合理解決，是實(shí)現(xiàn)梯級(jí)樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵，尤其是在梯級(jí)樞紐短期聯(lián)合發(fā)電優(yōu)化調(diào)度與梯級(jí)通航樞紐航運(yùn)效益最大化聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度中。
[0004]在梯級(jí)水電站群短期日優(yōu)化調(diào)度中:梯級(jí)水電站群短期日優(yōu)化調(diào)度是一個(gè)有后效性的高維、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)尋優(yōu)問題，電站間不僅存在水力聯(lián)系，而且存在電力聯(lián)系，致使在相鄰調(diào)度期(日)間存在一定的水量和電量耦合；由于流量的滯后性，調(diào)度期內(nèi)開始的部分時(shí)段來水量來自前一周期最后若干時(shí)段，而本周期最后若干時(shí)段的出庫水量將流入后一周期。因此，本周期發(fā)電效益不僅要考慮周期內(nèi)的既得效益，還要考慮來自前一周期轉(zhuǎn)入效益和對(duì)后一周期的轉(zhuǎn)出效益。如果忽視了滯后水量產(chǎn)生的能量，以調(diào)度期發(fā)電量最大為目標(biāo)的梯級(jí)優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果必將是出力向調(diào)度期前段聚集，而后期出力較小，即本周期既得效益最大為目標(biāo)并不是真正合理的優(yōu)化運(yùn)行方式。
[0005]在梯級(jí)樞紐通航聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度中:梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合調(diào)度，可以渠化河道，淹沒險(xiǎn)灘，提高枯水期樞紐泄流量，改善樞紐上下游口門區(qū)和引河道通航水流條件，提高通航保證率。與梯級(jí)樞紐聯(lián)合發(fā)電或聯(lián)合防洪調(diào)度不同，樞紐通航對(duì)口門區(qū)和河道流場(chǎng)水流特性的規(guī)范性要求決定了梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的極端復(fù)雜性。通航調(diào)度樞紐泄流過程不僅要滿足河道設(shè)計(jì)通航流量與設(shè)計(jì)通航水位的要求限制，而且對(duì)在上、下游口門區(qū)形成的流場(chǎng)及流速特性要求極為苛刻，不能有明顯漩渦或橫向流速超過內(nèi)河河道通航設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
0.3m/s,以保障船舶通航安全。因此在梯級(jí)通航聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度中，對(duì)航道斷面水位、尤其是口門區(qū)流速模擬精度都有極高要求，任何模型輸入或計(jì)算誤差都會(huì)對(duì)模擬精度帶來極大影響，從而對(duì)傳播通航安全帶來威脅。
[0006]目前，在梯級(jí)樞紐調(diào)度領(lǐng)域，科研人員常采用固定水流“滯時(shí)差”的方法(可參見袁曉輝，王乘，張勇傳，等.水電系統(tǒng)短期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的新方法[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2006，25 (4): 1-5，以及吳杰康，郭壯志，秦礪寒等.基于連續(xù)線性規(guī)劃的梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009, 33(8):24-29)，將上游梯級(jí)泄流作為下游梯級(jí)考慮相應(yīng)“滯時(shí)差”后對(duì)應(yīng)時(shí)段的入流過程。由于樞紐泄流過程的不均勻性以及河道對(duì)水體的坦化作用，采用固定“滯時(shí)差”的方法處理將不可避免帶來模型輸入誤差，從而影響計(jì)算成果的精度和可靠性，也就直接影響到根據(jù)該計(jì)算結(jié)果實(shí)施的調(diào)度效果。相關(guān)科研人員也嘗試采用解析函數(shù)法(參見鄧先禮.時(shí)滯對(duì)梯級(jí)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).1982(2):91-102)、非線性網(wǎng)絡(luò)法(參見周任軍，文煉紅，袁世挺.水電系統(tǒng)及水庫庫群優(yōu)化調(diào)度的非線性網(wǎng)絡(luò)法[J].水電能源科學(xué)，1998，16 (I):29-33)及其它相關(guān)方法(參見鐘平安，張金花，徐斌，張夢(mèng)然.梯級(jí)庫群水流滯后性影響的日優(yōu)化調(diào)度模型研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012，3 (4):34-38 ;葛曉琳，張粒子.考慮水流滯時(shí)的梯級(jí)水電日優(yōu)化調(diào)度模型[J].華東電力，2013，41 (2):0265-0269)處理上下游梯級(jí)的水力聯(lián)系問題，但都沒能從根本上消除梯級(jí)樞紐間水流滯后性對(duì)模型計(jì)算帶來的輸入誤差。
[0007]基于嚴(yán)密水動(dòng)力模型(參見宋利祥，周建中，王光謙等.潰壩水流數(shù)值計(jì)算的非結(jié)構(gòu)有限體積模型[J].水科學(xué)進(jìn)展，2011，22(3):373-377，以及劉儒勛，舒其望.計(jì)算流體力學(xué)的若干新方法[M].北京:科學(xué)出版社，2003)逐時(shí)段同步計(jì)算包括各級(jí)樞紐入庫斷面在內(nèi)的全河道斷面的流量過程和水位過程，成為解決梯級(jí)樞紐間水流滯時(shí)技術(shù)難題的的必然要求和內(nèi)在關(guān)鍵。根據(jù)河道水動(dòng)力模型計(jì)算基本原理，水力計(jì)算模型依據(jù)河道最上游斷面給定的流量過程(上邊界控制條件)，以及河道最下游給定的水位過程(下邊界控制條件)，并結(jié)合全河道水位初始條件(各斷面初始水位和流量)，對(duì)圣維南方程進(jìn)行求解，進(jìn)而獲得河道各計(jì)算斷面水位過程和流量過程，整個(gè)計(jì)算過程一體同步進(jìn)行。然而，梯級(jí)通航樞紐的筑建阻斷了河道水流條件的連續(xù)性，破壞了所在斷面的天然水力特性，因而無法直接進(jìn)行全河道斷面水力模型的統(tǒng)一求解，這給基于河道水動(dòng)力計(jì)算的梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度帶來了新的難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法，以減少或避免前面所提到的問題。
[0009]具體來說，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法中，所述梯級(jí)樞紐包括多個(gè)樞紐，其包括如下步驟:
[0010]步驟A:將整體河道根據(jù)地形狀況和樞紐建筑物分布情況，進(jìn)行河道斷面劃分:
[0011]Al、將河道劃分為多個(gè)計(jì)算斷面，河道中天然斷面間距不超過500m;梯級(jí)樞紐中各樞紐所在河段分別設(shè)置為虛化斷面，各梯級(jí)樞紐上游入庫斷面選擇為所述樞紐壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處，各樞紐下游第一個(gè)斷面設(shè)置為緊鄰該樞紐；
[0012]A2、整個(gè)模擬期劃分為若干個(gè)計(jì)算時(shí)段，為了保證河道水力計(jì)算的收斂性和精度，計(jì)算時(shí)段步長(zhǎng)不超過Is ；
[0013]A3、對(duì)實(shí)施河段構(gòu)建一維水動(dòng)力計(jì)算模型，用實(shí)測(cè)徑流過程率定一維水動(dòng)力模型參數(shù)并進(jìn)行模型驗(yàn)證；
[0014]步驟B:給出河道最上游斷面的流量過程和最下游斷面的水位過程；每級(jí)樞紐上游天然斷面及該級(jí)樞紐對(duì)應(yīng)虛擬斷面初始水位取該樞紐正常蓄水位；最后一級(jí)樞紐下游斷面初始水位取下游航道最高通航設(shè)計(jì)水位，河道所有斷面初始流量取河道上邊界水文站多年平均流量。
[0015]步驟C:全河道斷面水力學(xué)要素同步計(jì)算方法如下，其中各級(jí)樞紐調(diào)度過程即為各級(jí)樞紐對(duì)應(yīng)虛化斷面的水位與流量過程:[0016]采用顯式特征線法求解圣維南方程確定計(jì)算時(shí)段末天然河道斷面的水位和流量水力要素；對(duì)樞紐所在處所述虛擬斷面時(shí)段末水力要素則根據(jù)樞紐調(diào)度由水量平衡計(jì)算確定，計(jì)算方法為:
[0017]Cl:對(duì)所述最上游斷面，根據(jù)上邊界流量過程，通過時(shí)間插值獲得所述最上游斷面的第一時(shí)段末流量；并利用特征法求得所述最上游斷面第一時(shí)段末水位；
[0018]C2:對(duì)緊鄰所述最上游斷面的計(jì)算斷面至第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面，根據(jù)所述第一級(jí)樞紐虛化斷面及其上游全部斷面的初始水位和流量值，采用特征線法求解圣維南方程，即可依次獲得緊鄰所述最上游斷面的計(jì)算斷面至所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面第一時(shí)段末的水位和流量值；
[0019]C3:第一級(jí)樞紐虛化斷面水力要素計(jì)算過程為:根據(jù)所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面時(shí)段初流量和所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面時(shí)段初水位，根據(jù)樞紐調(diào)度規(guī)則，確定所述第一級(jí)樞紐下泄流量，由于計(jì)算時(shí)段不超過1.0s，可將該流量值作為所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面時(shí)段末流量；由第一級(jí)樞紐下泄流量，并結(jié)合所述第一級(jí)樞紐前第一個(gè)計(jì)算斷面時(shí)段初流量值及由計(jì)算確定的時(shí)段末流量值，以及所述第一級(jí)樞紐壩時(shí)段初壩前水位值，根據(jù)樞紐水位-庫容關(guān)系曲線進(jìn)行水量平衡計(jì)算，即可確定所述第一級(jí)樞紐時(shí)段末水位值，亦即所述第一級(jí)樞紐虛化斷面時(shí)段末的水位值。由此，確定了第一級(jí)樞紐第一時(shí)段末水位和流量；
[0020]C4:將所述第一級(jí)樞紐調(diào)度下泄流量作為與第一級(jí)樞紐緊鄰的下游第一個(gè)天然計(jì)算斷面的時(shí)段末流量，然后類比所述河道最上游斷面，采用特征法求得該天然斷面對(duì)應(yīng)的第一時(shí)段末水位值；
[0021]C5:對(duì)其他梯級(jí)樞紐:將上一級(jí)樞紐下泄流量作為本級(jí)樞紐最上游斷面的流量值，重復(fù)Cl?C4步驟計(jì)算，獲得本級(jí)樞紐上游所有斷面及本級(jí)樞紐虛化斷面的第一時(shí)段末水位和流量值。
[0022]最后一級(jí)樞紐下游天然河道斷面:最后一級(jí)樞紐的下泄流量作為該區(qū)段最上游第一級(jí)斷面的時(shí)段末流量，采用特征線法求解圣維南方程獲得下游斷面的水位和流量水力要素值；對(duì)河道最后一個(gè)計(jì)算斷面，根據(jù)下邊界水位過程，通過時(shí)間插值獲得該斷面的第一時(shí)段末水位，并利用特征法求得第一時(shí)段末流量；對(duì)該區(qū)段其它天然河道計(jì)算斷面，利用特征線法求解圣維南方程，獲得第一時(shí)段末水位和流量值。
[0023]C6:以上Cl?C5步驟獲得了梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度模式下全河道斷面第一時(shí)段末水位和流量水力要素值；對(duì)其余時(shí)段重復(fù)相同的步驟進(jìn)行計(jì)算，直至模擬期最末時(shí)段，獲得河道一維水動(dòng)力模型計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)全河道水力要素的同步計(jì)算。
[0024]本發(fā)明所提供的梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法，通過對(duì)整個(gè)河道進(jìn)行斷面劃分，在各樞紐設(shè)置虛化斷面，在天然斷面和樞紐所在的虛化斷面分別采用圣維南方程和樞紐水量平衡計(jì)算的方法，確定各斷面在第一時(shí)段末的水位和流量值。由此，即可確定全河道包括樞紐所在的虛化斷面在內(nèi)的所有計(jì)算斷面的時(shí)段末的水位和流量值。也就實(shí)現(xiàn)了全河道水力要素的同步計(jì)算，因此也就解決了梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中存在的水流滯時(shí)技術(shù)難題。
【專利附圖】
【附圖說明】[0025]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
[0026]圖1所示的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的基于航運(yùn)效益最大化的梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合調(diào)度方法的河道分布示意圖；
[0027]圖2圖1所示的河道中上邊界水文站點(diǎn)A流量過程和下邊界水文站點(diǎn)B水位過程。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0029]具體來說，為解決【背景技術(shù)】中提及的目前大多梯級(jí)樞紐聯(lián)合發(fā)電或聯(lián)合防洪調(diào)度決策過程中，沒有好的能夠確定同一時(shí)段內(nèi)各個(gè)樞紐的徑流過程的方法的問題，本發(fā)明提供了一種梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法，其用于對(duì)具有多個(gè)樞紐的河道進(jìn)行同一時(shí)段內(nèi)各個(gè)樞紐的徑流過程的計(jì)算，從而可以為梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度水量平衡計(jì)算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，下面以由4座樞紐組成的梯級(jí)系統(tǒng)為例說明本發(fā)明所提供的梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法。
[0030]圖1所示的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法的河道分布示意圖，參見圖1，實(shí)施河段包括4座樞紐，自上而下命名為第一級(jí)樞紐、第二級(jí)樞紐、第三級(jí)樞紐和第四級(jí)樞紐
[0031]對(duì)于本實(shí)施例而言:
[0032]步驟A:將整體河道根據(jù)地形狀況和樞紐建筑物分布情況，進(jìn)行河道斷面劃分:
[0033]Al、實(shí)施河段長(zhǎng)63km，共可均勻劃分125個(gè)斷面，即CS_1、CS_2......CS_125 ;斷面
平均間距約500m。模型計(jì)算上游邊界取為實(shí)施河段上游最近的A水文站以上IOkm處，下游邊界取在實(shí)施河段下游最近B水文站。上述的第一級(jí)樞紐虛化斷面編號(hào)為CS_18_0，其位置位于CS_18斷面上游1.0m處；第二級(jí)樞紐虛化為CS_39_0，其位置位于CS_39斷面上游1.0m處；第三級(jí)樞紐虛化為CS_65_0，其位置位于CS_65斷面上游1.0m處；第四級(jí)樞紐虛化為CS_90_0,其位置位于CS_90斷面上游1.0m處。第一級(jí)樞紐上游壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處作為水庫的入庫斷面，其距壩址距離為3.2km，該斷面編號(hào)為CS_12，第二級(jí)樞紐上游壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處作為水庫的入庫斷面，其距離為3.0km，該斷面編號(hào)為CS_32，第三級(jí)樞紐上游壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處作為水庫的入庫斷面，其距離為3.8km，該斷面編號(hào)為CS_59，第四級(jí)樞紐上游壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處作為水庫的入庫斷面，其距離為3.2km,該斷面編號(hào)為CS_84。
[0034]A2、整個(gè)模擬期(1997.1.1—2006.12.31)為10年，以Is為計(jì)算時(shí)段，共計(jì)315360000 計(jì)算步。
[0035]A3、對(duì)實(shí)施河段構(gòu)建一維水動(dòng)力計(jì)算模型，用實(shí)測(cè)徑流過程率定一維水動(dòng)力模型參數(shù)并進(jìn)行模型驗(yàn)證
[0036]步驟B:給出河道最上游斷面CS_1的流量過程和最下游斷面CS_125的水位過程(模型邊界控制條件)；每級(jí)樞紐上游天然斷面及該級(jí)樞紐對(duì)應(yīng)虛擬斷面初始水位取該樞紐正常蓄水位；最后一級(jí)樞紐下游斷面初始水位取下游河道最高通航設(shè)計(jì)水位。河道所有斷面初始流量取河道上邊界A水文站點(diǎn)多年平均流量。[0037]河道最上游斷面CS_1的流量過程為A水文站的流量過程，最下游斷面CS_125的水位過程為B水文站的水位過程。本實(shí)施例中選取了上游A水文站1997.1.1至2006.12.31共計(jì)10年的日徑流資料過程，下游B水位站1997.1.1至2006.12.31共計(jì)10年的日水位過程，作為河道通航水流條件模擬計(jì)算的邊界條件。天然斷面CS_1?CS_17和第一級(jí)虛擬斷面CS_18_0初始水位取第一級(jí)樞紐正常蓄水位59.5m, CS_19?CS_38及虛擬斷面CS_39_0取第二級(jí)樞紐正常蓄水位53.5m, CS_20?CS_64及虛擬斷面CS_65_0取第三級(jí)樞紐正常蓄水位47.0m, CS_65?CS_89及虛擬斷面CS_90_0取第四級(jí)樞紐正常蓄水位40.0m0 CS_90?CS_125初始水位取第四級(jí)樞紐下游最高通航水位36.0m。各斷面初始流量取河道上邊界A水文站點(diǎn)多年平均流量50m3/s。
[0038]步驟C:進(jìn)行梯級(jí)通航樞紐聯(lián)合調(diào)度計(jì)算，為梯級(jí)樞紐聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度提供初始調(diào)度策略。聯(lián)合調(diào)度中，全河道斷面水力學(xué)要素同步計(jì)算方法為如下，其中各級(jí)樞紐調(diào)度過程即為各級(jí)樞紐對(duì)應(yīng)虛化斷面的水位與流量過程。其中，CS_18_0為第一級(jí)樞紐，CS_39_0為第二級(jí)樞紐，CS_65_0為第三級(jí)樞紐，CS_90_0為第四級(jí)樞紐。
[0039]采用顯式特征線法求解圣維南方程確定計(jì)算時(shí)段末天然河道斷面的水位和流量水力要素；對(duì)樞紐所在處所述虛擬斷面時(shí)段末水力要素則根據(jù)樞紐調(diào)度由水量平衡計(jì)算確定。在本實(shí)施例中，只詳細(xì)說明第一時(shí)段包括樞紐虛擬斷面在內(nèi)的全河道斷面流量和水位水力要素的求解過程，并給出求解值。其余所有模擬時(shí)段計(jì)算方法和過程相同。
[0040]計(jì)算方法為:
[0041]Cl:對(duì)所述最上游斷面CS_1，根據(jù)上邊界流量過程，圖2為圖1所示河道中上邊界水文站點(diǎn)A流量過程和下邊界水文站點(diǎn)B水位過程，參見圖2，通過時(shí)間插值獲得所述最上游斷面CS_1的第一時(shí)段末流量，其值為50.0m3/s ;并利用特征法求得所述最上游斷面CS_1第一時(shí)段末水位59.5m ；
[0042]C2:對(duì)緊鄰所述最上游斷面CS_1的計(jì)算斷面CS_2至所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面CS_17，根據(jù)所述第一級(jí)樞紐CS_18_0及其上游CS_1?CS_17斷面的初始水位和流量值，采用特征線法求解圣維南方程，即可依次獲得緊鄰所述最上游斷面的計(jì)算斷面CS_2至所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面CS_17第一時(shí)段末的水位和流量值；各斷面時(shí)段末水位均約為59.5m，流量約為50m3/s。
[0043]C3:第一級(jí)樞紐虛化斷面CS_18_0水力要素計(jì)算過程為:根據(jù)所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面CS_17時(shí)段初流量50m3/s和所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面CS_18_0時(shí)段初水位59.5m，根據(jù)樞紐調(diào)度規(guī)則(不同樞紐具有各自相應(yīng)的調(diào)度規(guī)則，但依據(jù)其調(diào)度規(guī)則均將產(chǎn)生一個(gè)確定的泄流量及對(duì)應(yīng)的樞紐壩前水位值)，確定第一級(jí)樞紐下泄流量50m3/s，由于計(jì)算時(shí)段不超過1.0s，可將該流量值作為所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面CS_18_0時(shí)段末流量；由第一級(jí)樞紐下泄流量50m3/s,并結(jié)合所述第一級(jí)樞紐前第一個(gè)計(jì)算斷面CS_17時(shí)段初流量值50m3/s及由計(jì)算確定的時(shí)段末流量值50m3/s，以及所述第一級(jí)樞紐壩時(shí)段初壩前水位值59.5m，根據(jù)樞紐水位-庫容關(guān)系曲線進(jìn)行水量平衡計(jì)算，即可確定所述第一級(jí)樞紐時(shí)段末水位值59.5m，亦即所述第一級(jí)樞紐虛化斷面CS_18_0時(shí)段末的水位值。由此，確定了第一級(jí)樞紐時(shí)段末水位59.5m和流量50m3/s水力要素值
[0044]C4:將所述第一級(jí)樞紐(CS_18_0)調(diào)度下泄流量50m3/s作為與第一級(jí)樞紐緊鄰的下游第一個(gè)天然計(jì)算斷面CS_18的時(shí)段末流量，然后類比所述河道最上游斷面CS_1，采用特征法求得該天然斷面CS_18對(duì)應(yīng)的時(shí)段末水位值，由于該斷面處于第二級(jí)樞紐正常蓄水位的回水區(qū)，因此對(duì)應(yīng)的時(shí)段末水位值為53.5m ；
[0045]C5:對(duì)第二級(jí)樞紐:相應(yīng)的虛化斷面取CS_39_0，最上游斷面取CS_18，入庫斷面取CS_32，樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_38，樞紐下游第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_39 ;重復(fù)Cl?C4步驟計(jì)算，獲得CS_19?CS_39第一時(shí)段末的水位和流量值。由于采用的是顯式法求解，CS_18的泄流量只影響到CS_19的流量和水位。CS_19?CS_38斷面流量為50m3/s、水位為53.5.0m, CS_39_0樞紐虛擬斷面泄流量50m3/s、水位為53.5.0m，樞紐下游第一級(jí)CS_39斷面流量50m3/s、水位為47.0.0m ；
[0046]對(duì)第三級(jí)樞紐:相應(yīng)的虛化斷面取CS_65_0，最上游斷面取CS_39，入庫斷面取CS_59，樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_64，樞紐下游第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_65 ;重復(fù)I?4步驟計(jì)算，獲得CS_40?CS_65第一時(shí)段末的水位和流量值。CS_39的泄流量只影響到CS_40的流量和水位。CS_40?CS_64斷面流量為50m3/s、水位為47.0.0m, CS_65_0樞紐虛擬斷面泄流量50m3/s、水位為47.0m，樞紐下游第一級(jí)CS_65斷面流量50m3/s、水位為43.0m0
[0047]對(duì)第四級(jí)樞紐:相應(yīng)的虛化斷面取CS_90_0，最上游斷面取CS_65，入庫斷面取CS_84，樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_89，樞紐下游第一個(gè)計(jì)算斷面取CS_90。重復(fù)I?4步驟計(jì)算，獲得CS_66?CS_90第一時(shí)段末的水位和流量值。CS_65的泄流量只影響到CS_66的流量和水位。CS_66?CS_89斷面流量為50m3/s、水位為40.0.0m, CS_90_0樞紐虛擬斷面泄流量50m3/s、水位為40.0m，樞紐下游第一級(jí)CS_90斷面流量50m3/s、水位為36.0m0
[0048]第四級(jí)樞紐下游天然河道斷面:根據(jù)CS_90?CS_125斷面初始水位和流量值，采用特征線法求解圣維南方程獲得CS_91?CS_124斷面的水位和流量水力要素值，水位均為36.0m，流量50m3/s。對(duì)最后斷面CS_125，根據(jù)下邊界水位過程(圖2)，通過時(shí)間插值獲得該斷面的第一時(shí)段末水位，其值為36.3m ;并利用特征法求第一時(shí)段末流量59.5m3/s。
[0049]C6:以上Cl?C5步驟獲得了梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度模式下全河道斷面第一時(shí)段末水位和流量水力要素值；對(duì)其余時(shí)段重復(fù)相同的步驟進(jìn)行計(jì)算，直至模擬期最末時(shí)段，獲得河道一維水動(dòng)力模型計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)全河道水力要素的同步計(jì)算。
[0050]這樣即可有效解決梯級(jí)樞紐聯(lián)合發(fā)電或聯(lián)合防洪調(diào)度模型中常見的水流滯時(shí)問題，實(shí)現(xiàn)全河道斷面流量和水位水動(dòng)力要素的同步計(jì)算。
[0051]本發(fā)明所提供的梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流滯時(shí)處理方法，通過對(duì)整個(gè)河道進(jìn)行斷面劃分，在各樞紐設(shè)置虛化斷面，在天然斷面和樞紐所在的虛化斷面分別采用求解圣維南方程和基于樞紐調(diào)度的水量平衡計(jì)算的方法，確定各斷面在不同時(shí)段的水位和流量值，實(shí)現(xiàn)全河道斷面水力要素的同步計(jì)算，保障了各級(jí)樞紐在每一時(shí)段水量平衡計(jì)算的精度，因此也就解決了梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中存在的水流滯時(shí)技術(shù)難題。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種梯級(jí)樞紐聯(lián)合調(diào)度中水流“滯時(shí)”處理方法，所述梯級(jí)樞紐包括多個(gè)樞紐，其特征在于，其包括如下步驟: 步驟A:將整體河道根據(jù)地形狀況和樞紐建筑物分布情況，進(jìn)行河道斷面劃分: Al、將河道劃分為多個(gè)計(jì)算斷面，河道中天然斷面間距不超過500m;梯級(jí)樞紐中各樞紐所在河段分別設(shè)置為虛化斷面，各樞紐上游入庫斷面選擇為所述樞紐壩前水位向上游水平延至的最遠(yuǎn)處，各樞紐下游第一個(gè)斷面設(shè)置為緊鄰該樞紐； A2、整個(gè)模擬期劃分為若干個(gè)計(jì)算時(shí)段，計(jì)算時(shí)段步長(zhǎng)不超過Is ； A3、對(duì)實(shí)施河段構(gòu)建一維水動(dòng)力計(jì)算模型，用實(shí)測(cè)徑流過程率定一維水動(dòng)力模型參數(shù)并進(jìn)行模型驗(yàn)證； 步驟B:給出河道最上游斷面的流量過程和最下游斷面的水位過程；每級(jí)樞紐上游天然斷面及該級(jí)樞紐對(duì)應(yīng)虛擬斷面初始水位取該樞紐正常蓄水位；最后一級(jí)樞紐下游斷面初始水位取下游河道最高通航設(shè)計(jì)水位，河道所有斷面初始流量取河道上邊界水文站多年平均流量； 步驟C:采用顯式特征線法求解圣維南方程確定計(jì)算時(shí)段末天然河道斷面的水位和流量水力要素；對(duì)樞紐所在處所述虛擬斷面時(shí)段末水力要素則根據(jù)樞紐調(diào)度由水量平衡計(jì)算確定，計(jì)算方法為: Cl:對(duì)所述最上游斷面，根據(jù)上邊界流量過程，通過時(shí)間插值獲得所述最上游斷面的第一時(shí)段末流量；并利用特征法求得所述最上游斷面第一時(shí)段末水位； C2:對(duì)緊鄰所述最上游斷面的計(jì)算斷面至所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面，根據(jù)所述第一級(jí)樞紐虛化斷面及其上游全部斷面的初始水位和流量值，采用特征線法求解圣維南方程，依次獲得緊鄰所述最上游斷面的計(jì)算斷面至所述第一級(jí)樞紐前的第一個(gè)計(jì)算斷面第一時(shí)段末的水位和流量值； C3:第一級(jí)樞紐虛化斷面水力要素計(jì)算過程為:根據(jù)所述第一級(jí)樞紐入庫斷面時(shí)段初流量和所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面時(shí)段初水位，根據(jù)樞紐調(diào)度規(guī)則，確定所述第一級(jí)樞紐下泄流量，將該流量值作為所述第一級(jí)樞紐的虛化斷面時(shí)段末流量；由第一級(jí)樞紐下泄流量，并結(jié)合所述第一級(jí)樞紐入庫斷面時(shí)段初流量值及由計(jì)算確定的時(shí)段末流量值，以及所述第一級(jí)樞紐壩時(shí)段初壩前水位值，根據(jù)樞紐水位-庫容關(guān)系曲線進(jìn)行水量平衡計(jì)算，確定所述第一級(jí)樞紐時(shí)段末水位值，亦即所述第一級(jí)樞紐虛化斷面第一時(shí)段末的水位值； C4:將所述第一級(jí)樞紐調(diào)度下泄流量作為與所述第一級(jí)樞紐緊鄰的下游第一個(gè)天然計(jì)算斷面的時(shí)段末流量，然后類比所述河道最上游斷面，采用特征法求得該天然計(jì)算斷面對(duì)應(yīng)的第一時(shí)段末水位值； C5:對(duì)其他梯級(jí)樞紐:將上一級(jí)樞紐下泄流量作為本級(jí)樞紐最上游斷面的流量值，重復(fù)Cl~C4步驟計(jì)算，獲得本級(jí)樞紐上游所有斷面及本級(jí)樞紐虛化斷面的第一時(shí)段末水位和流量值。 最后一級(jí)樞紐下游天然航道斷面:最后一級(jí)樞紐的下泄流量作為該區(qū)段最上游第一級(jí)斷面的時(shí)段末流量，采用特征線法求解圣維南方程獲得下游斷面的水位和流量水力要素值；對(duì)航道最后一個(gè)計(jì)算斷面，根據(jù)下邊界水位過程，通過時(shí)間插值獲得該斷面的第t 一時(shí)段末水位，并利用特征法求得第一時(shí)段末流量，該區(qū)段其它計(jì)算斷面，采用特征線法求解圣維南方程求得第一時(shí)段末水位和流量值。C6:對(duì)其余時(shí)段重復(fù)C1-C5步驟進(jìn)行計(jì)算，直至模擬期最末時(shí)段，獲得河道一維水動(dòng)力模型計(jì)算結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103473453SQ201310413823
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】胡亞安, 張銘, 韓昌海, 李君 , 郭永彬, 李艷富, 郭超 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院