一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法与流程

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法。

背景技术：

我国水能资源丰富，伴随着国家经济的快速发展，众多河流梯级开发使得梯级水库数目剧增，各流域梯级水库已逐步形成，为了实现梯级水库综合效益的充分和可持续发挥，梯级水库运行不仅要考虑水量的联合调度，还应同时考虑泥沙的联合调度。泥沙淤积问题是影响水库长期运用与效益发挥的关键因素之一，梯级水库泥沙问题更加复杂，开展梯级水库泥沙冲淤计算研究，有助于揭示梯级水库群泥沙淤积规律，反映梯级水库群泥沙淤积的相互影响及对水库群综合效益的影响，可为梯级水库联合调度方式优化提供技术支撑。

现有技术不是针对梯级水库建立一个唯一的水沙数学模型，而是每个水库各建立一个水沙数学模型，主要采用各水库分开计算的方法，需要等上游水库完全计算完之后，再通过“手动”操作方式将上游水库的出库水沙过程赋给下游水库的进口，然后进行下游水库的泥沙冲淤计算。现有技术存在的不足包括：上游水库主要通过出库水沙影响下游水库冲淤及调度，而下游水库则无法影响上游水库，无法在计算过程中根据约束条件要求及时对各水库调度方式进行修正，无法真正实现梯级水库的联合调度，且采用各个水库分开计算的方法，计算效率低。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法，能够解决现有技术无法真正实现梯级水库的联合调度，且采用各个水库分开计算的方法，计算效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集梯级水库河道地形、入库水沙、水库调度方式等资料；

步骤2，建立梯级水库一维非恒定流水沙数学模型；

步骤3，以各水库坝址为界，将梯级水库计算范围划分成不同的计算河段，每个计算河段的非恒定流水沙计算按单一水库处理；

步骤4，在同一个计算步长内对各个水库逐个进行泥沙冲淤计算，梯级水库计算顺序是从最上游水库开始，逐步计算至最下游水库；

步骤5，当步骤4某一时刻某一水库计算结果不满足约束条件要求时，则返回到上一计算步长，调整水库调度方式重新进行计算。

步骤1中，梯级水库河道地形要能形成一个完全连通的整体。

步骤2中，将梯级水库计算范围内的干支流河道当做一个大的河网进行数学模型建模,步骤2所建模型方程为:

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

推移质输沙率方程G_b＝G_b(U,Z,d,…) (5)

推移质河床变形方程

汊点流量连接方程

汊点水位连接方程

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；Ω为汊点的蓄水量；G_b为推移质输沙率；d为粒径；U为流速；A_b为推移质河床冲淤面积。

步骤4中，以最下游水库为外边界，以上游其他水库为内边界，在同一个计算步长内，将上游水库计算出的出库水沙过程作为下游水库的入库水沙过程，达到梯级水库泥沙冲淤计算在时间上的同步和空间上的联合。

步骤5中，约束条件包括各水库调度规则要求必须满足的防洪调度约束条件、发电调度约束条件、航运调度约束条件、供水调度约束条件，下游水库可以通过库尾水位影响上游水库调度运行，同时，下游水库的联合调度目标也可以通过调度需求实时影响上游水库的调度运行。

本发明的有益效果是：本发明可克服现有技术存在的不足，本发明能够在一个计算步长内同时完成梯级水库泥沙冲淤计算，实现梯级水库泥沙冲淤在时间上的同步和在空间上的联合，下游水库调度运行可以影响上游水库的调度运行，可在计算过程中根据约束条件要求及时对各水库调度方式进行修正，真正实现梯级水库的联合调度，且计算效率更高，可为梯级水库水沙联合调度提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法流程图。

图2是长江上游溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库位置图。

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：提供一种梯级水库泥沙冲淤同步联合计算方法，它包括以下步骤：

步骤1，收集梯级水库河道地形、入库水沙、水库调度方式等资料；

步骤2，建立梯级水库一维非恒定流水沙数学模型；

步骤3，以各水库坝址为界，将梯级水库计算范围划分成不同的计算河段，每个计算河段的非恒定流水沙计算按单一水库处理；

步骤4，在同一个计算步长内对各个水库逐个进行泥沙冲淤计算，梯级水库计算顺序是从最上游水库开始，逐步计算至最下游水库；

步骤5，当步骤4某一时刻某一水库计算结果不满足约束条件要求时，则返回到上一计算步长，调整水库调度方式重新进行计算。

步骤1中，梯级水库河道地形要能形成一个完全连通的整体。

步骤2中，将梯级水库计算范围内的干支流河道当做一个大的河网进行数学模型建模,步骤2所建模型方程为:

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

推移质输沙率方程G_b＝G_b(U,Z,d,…) (5)

推移质河床变形方程

汊点流量连接方程

汊点水位连接方程

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；Ω为汊点的蓄水量；G_b为推移质输沙率；d为粒径；U为流速；A_b为推移质河床冲淤面积。

步骤4中，以最下游水库为外边界，以上游其他水库为内边界，在同一个计算步长内，将上游水库计算出的出库水沙过程作为下游水库的入库水沙过程，达到梯级水库泥沙冲淤计算在时间上的同步和空间上的联合。

步骤5中，约束条件包括各水库调度规则要求必须满足的防洪调度约束条件、发电调度约束条件、航运调度约束条件、供水调度约束条件，下游水库可以通过库尾水位影响上游水库调度运行，同时，下游水库的联合调度目标也可以通过调度需求实时影响上游水库的调度运行。

实施例一的具体步骤如下：

步骤1，收集长江上游溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库干支流河道地形、入库水沙、水库调度方式等资料；

步骤2，建立溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库一维非恒定流水沙数学模型；

步骤3，以各水库坝址为界，将梯级水库计算范围划分成溪洛渡库区、向家坝库区、三峡水库区三个不同的计算河段，每个计算河段的非恒定流水沙计算按单一水库处理，其中向家坝坝址至三峡库尾的干流天然河道和入汇支流都归在三峡水库库区计算河段内；

步骤4，以最下游的三峡水库为外边界，以上游溪洛渡和向家坝水库为内边界，结合各个水库的调度方式，在同一个计算步长内对各个水库逐个进行泥沙冲淤计算，梯级水库计算顺序是从最上游的溪洛渡水库开始，逐步计算至最下游的三峡水库，上游水库的出库水沙过程作为下游水库的入库水沙过程；

步骤5，当步骤4某一时刻某一水库计算结果不满足约束条件要求时，则返回到上一计算步长，调整水库调度方式重新进行计算。

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。