CN102393228A - 基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法 - Google Patents

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汤成锋
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Abstract

本发明涉及水力学过闸流量计算应用领域，本方法把水力学原理计算应用于实时过闸流量计算，对计算的闸门以及相应计算参数进行分析确定，保证了计算数据的可靠性，同时本方法在实测条件缺乏下，能简单、快速的提供参考过闸流量数据，具有较好的使用价值。

Description

基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法
技术领域
本发明涉及实时过闸流量计算应用领域，在水闸控制调度中能提供实时的过闸流量数据，为河网水系的水闸调度提供可参考的数据。
背景技术
 水闸在实际应用中承担着为城市供水、城市排涝、防洪调度等作用，当前一些水闸单位在应用过程中靠安装相应的测速设备来获取实时监测过闸流量，该方式可以实现流量数据的获取，但安装比较复杂，日常维护也比较繁琐。同时该流量监测设备当前相对比较昂贵，当前还无法大面积的进行推广应用，造成了很多水闸对其身的过闸流量无法准确知道，也就无法进行水闸的科学调度。
在我们的城市河网中一般的建筑水闸主要以平底闸为主，这类水闸的形式属无坎宽顶堰，因此本发明方法主要是推求无坎宽顶堰的实时过闸流量，通过实时监测的闸上、下水位数据简单快速推求实时过闸流量的方法，利用水力学计算推求水闸的设计流量，为实际应用中提供可参考的过闸流量数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，该方法有利于简单、快速、准确、实时计算过闸流量，以供水闸控制管理中提供数据参考依据。
为实现上述之目的，本发明采用的技术方案是：一种基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）获取闸门上、下水位信息的实时采集数据；
（2）从闸门开度情况以及闸门建筑物的特征来区别水流现象，依据水力学原理选择堰流计算公式；
（3）由闸门的闸墩、闸底坎、闸门形式的实际特征，对计算公式中涉及的参数选取使用计算方法以及参考系数计算；
（4）由水力学原理公式以及确定参数推求实时过闸流量；
（5）结合闸门的实测流量数据资料，建立计算数据和实测数据的回归分析方程，对计算数据进行修正，提高精度。
本发明的效果是获取实时采集的闸上、下游水位，并根据闸门实际情况选择合适的计算方法；通过水力学原理推求实时过闸流量，从而对流域水系的水闸调节、调度提供数据参考。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明方法的系统原理图。
图2是本发明堰流逐次逼近试算法流程图。
图3是本发明闸孔出流逐次逼近试算法流程图。
具体实施方式
参考图1，图2和图3，一种基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，包括以下步骤：
（1）获取闸门上、下水位信息的实时采集数据；
（2）从闸门开度情况以及闸门建筑物的特征来区别水流现象，依据水力学原理选择堰流计算公式；
（3）由闸门的闸墩、闸底坎、闸门形式的实际特征，对计算公式中涉及的参数选取使用计算方法以及参考系数计算；
（4）由水力学原理公式以及确定参数推求实时过闸流量；
（5）结合闸门的实测流量数据资料，建立计算数据和实测数据的回归分析方程，对计算数据进行修正，提高精度。
步骤（1）的实现方法是：通过从实时监测系统的遥测设备采集数据获取到闸上、闸下的水位信息，并对水位数据进行容错读取、处理。
步骤（2）的实现方法是：分析闸门开度的实际情况，并区别堰流、闸孔出流，从而确定水流现象并选择水力学计算方法。
步骤（3）的实现方法是：确定水力学计算方法中所涉及到的计算参数，根据水力学原理以及闸门特性，对涉及到的计算参数进行合理性判定。
步骤（4）的实现方法是：由确定的计算方法以及相应计算参数推求出实时过闸流量。
步骤（5）的实现方法是：通过整理水闸的实测资料以及推求的过闸流量，建立相应的回归分析方程，分析两组数据根据结果调整相应计算参数，修正计算方法，提供实时过闸流量的数据可靠性。
具体实施过程：
步骤（1）的实现方法是：建立闸门水位数据监测采集机制，通过设置好的采集入库规则，绑定闸门数据和水位数据，并将实时监测数据存入数据库中。
步骤（2）的实现方法是：通过闸门当前的相对开度                                                
Figure 2011102861482100002DEST_PATH_IMAGE001
，判断其水流现象，堰流与闸孔出流两种水流现象相互转换的条件除与闸门相对开度有关外，还与闸底坎形式或闸门或胸墙的形式有关。通过对应的关系式来判别堰流与闸孔出流，闸底坎为平顶堰，为闸孔出流，为堰流。堰流情况下采用公式
Figure 280693DEST_PATH_IMAGE004
，闸孔出流则采用公式的堰流计算公式进行计算。
步骤（3）的实现方法是：根据闸门的实际工情特征，确定堰流流量系数、淹没系数
Figure 2011102861482100002DEST_PATH_IMAGE007
、垂直收缩系数
Figure 393322DEST_PATH_IMAGE008
或是闸孔自由出流的流量系数
Figure 2011102861482100002DEST_PATH_IMAGE009
。堰流流量系数
Figure 887321DEST_PATH_IMAGE006
、淹没系数
Figure 647467DEST_PATH_IMAGE007
、垂直收缩系数
Figure 914500DEST_PATH_IMAGE008
。然后根据经验参数表值进行插值求值。闸孔自由出流的流量系数
Figure 300351DEST_PATH_IMAGE009
，使用的经验公式计算为，应用范围：
Figure 2011102861482100002DEST_PATH_IMAGE011
。闸孔自由出流的淹没系数
Figure 588692DEST_PATH_IMAGE007
，采用把淹没系数表示成潜流比的函数，即，
Figure 80033DEST_PATH_IMAGE007
值可通过查配置表所得。所需的经验参数表均保存于xml文件中，计算中通过读取xml文件中的值进行插值求解。
步骤（4）的实现方法是：实现对计算过程中的流量系数、淹没系数与3个基本水力要素流量、堰上水头、堰宽之间的关联计算，采用逐次逼近试算法考虑行近的流速水头来计算流量。堰流、闸孔出流的具体流程图如图2、3。
步骤（5）的实现方法是：通过整编对应的闸门实测流量资料，利用方法的计算值进行回归分析，建立分析方程，进而由实测资料调整修正计算值，提高结果数据的精度。
以上是本发明的具体实现方式，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）获取闸门上、下水位信息的实时采集数据；
（2）从闸门开度情况以及闸门建筑物的特征来区别水流现象，依据水力学原理选择堰流计算公式；
（3）由闸门的闸墩、闸底坎、闸门形式的实际特征，对计算公式中涉及的参数选取使用计算方法以及参考系数计算；
（4）由水力学原理公式以及确定参数推求实时过闸流量；
（5）结合闸门的实测流量数据资料，建立计算数据和实测数据的回归分析方程，对计算数据进行修正，提高精度。
2.根据权利要求1所述的基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于：步骤（1）的实现方法是：通过从实时监测系统的遥测设备采集数据获取到闸上、闸下的水位信息，并对水位数据进行容错读取、处理。
3.根据权利要求1所述的基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于：步骤（2）的实现方法是：分析闸门开度的实际情况，并区别堰流、闸孔出流，从而确定水流现象并选择水力学计算方法。
4.根据权利要求1所述的基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于：步骤（3）的实现方法是：确定水力学计算方法中所涉及到的计算参数，根据水力学原理以及闸门特性，对涉及到的计算参数进行合理性判定。
5.根据权利要求1所述的基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于：步骤（4）的实现方法是：由确定的计算方法以及相应计算参数推求出实时过闸流量。
6.根据权利要求1所述的基于水力学原理推求实时过闸流量应用方法，其特征在于：步骤（5）的实现方法是：通过整理水闸的实测资料以及推求的过闸流量，建立相应的回归分析方程，分析两组数据根据结果调整相应计算参数，修正计算方法，提供实时过闸流量的数据可靠性。
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