CN111581828B - 一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法，属于水利工程技术领域。为能够方便、准确的确定河口感潮段水闸闸下水位流量关系，本发明利用MIKE21水动力模块建立并验证感潮河段二维数学模型，考虑水闸泄流遭遇低潮和高潮，仿真计算闸下水位流量关系，用于水闸消能防冲设计和复核水闸泄流能力。该方法能够较好的做到水闸下泄不同流量分别与不同高、低潮位的匹配，计算结果可靠，较为准确的得到水闸闸下水位流量关系，为工程建设提供科学依据。

Description

一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法。
背景技术
闸下水位流量关系计算作为水利水电工程设计中的关键性基础工作，具有非常重要的作用。河道实测流量、相对应的水位以及其它一些必要的参数是建立较为准确的水位流量关系的必要条件，但是，实际工作中，流量测量工作较为复杂，并且不易持续进行，所以，在水文计算或者水文预报工作中，一般根据连续实测得到的水位资料，利用水力学公式推求得到流量资料。
在水利水电工程规划设计中，也会遇到设计断面附近无实测水位、流量或者实测资料不足的情况，常常采用多种方法在水文调查和临时测流的基础上拟定水位流量关系。目前，针对水位流量关系的研究较多，多是传统水位流量关系拟合方法，对于水流条件较为复杂的河道计算精度不高，尤其是同时受径流和潮流共同作用的感潮段河流，水流往复运动，闸下水位流量关系不易准确确定。
发明内容
(1)要解决的技术问题
现有技术对于水流条件较为复杂的河道计算精度不高，尤其是同时受径流和潮流共同作用的感潮段河流，水流往复运动，闸下水位流量关系不易准确确定。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法，包括以下步骤：
步骤1，资料收集：收集水闸所在感潮河道实测地形资料，不同断面实测流量、水位、流速资料，河道上水文站、潮位站实测洪水资料以及潮位资料；
步骤2，模型建立：根据实测地形资料建立二维数学模型计算所需要的网格文件，网格文件依地形变化的剧烈程度及计算区域的重要性差异，数学模型采用三角网格；
步骤3，模型相关参数：利用断面实测水文资料，对数学模型计算需要采用的参数，主要有河道干湿边界、河道糙率、涡粘系数以及时间步长等进行率定，并进行调试，确定合理参数。其中，关于河道干湿边界，为正确反映这部分节点的干湿变化，避免模型计算出现不稳定性，模型中采用了以下动边界处理技术：分别设定一干水深、淹没水深和湿水深，且干水深hdry、淹没水深hflood、湿水深hwet必须满足hdry<hflood<hwet；糙率分段设置，糙率系数综合反映了天然河流计算河段的阻力，天然河流阻力可由沙粒阻力、沙波阻力、河岸及滩面阻力、河流形态阻力等组成，根据河道实际床面分区域设定合适糙率值，涡粘系数以及时间步长可按模型默认设置；
步骤4，水位流量关系数值计算：利用验证过的感潮河段二维数学模型，根据实际需要，模拟计算感潮段水闸下泄不同流量分别与不同高、低潮位遭遇的情况，得到闸下水位流量关系。
(3)有益效果
本发明的有益效果：本发明的感潮河段闸下水位流量关系的计算方法，依据MIKE软件，通过实测地形、水文资料建立二维数学模型，在验证合理的基础上，利用该模型仿真计算感潮河段上面的水闸下泄不同量级流量分别遭遇不同潮位的工况，得到闸下水位流量关系；结果表明利用水动力数学模型仿真计算方法能够较准确的得到径流和潮流共同作用下感潮河段闸下水位流量关系，该方法相对传统水力学计算公式法更加贴合实际，也更为准确，并且简明、直观、适应多种较复杂条件。
附图说明
附图用来提供对本发明专利的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为实施例一中木兰陂～江阴岛网格分布图；
图2为实施例一中洋埕闸站大潮潮位计算值与实测值对比图；
图3为实施例一中宁海桥站大潮潮位计算值与实测值对比图；
图4为实施例一中三江口站大潮潮位计算值与实测值对比图；
图5为实施例一中洋埕闸站大潮流速过程计算值与实测值对比；
图6为实施例一中宁海桥站大潮流速过程计算值与实测值对比；
图7为实施例一中三江口站大潮流速过程计算值与实测值对比；
图8为实施例一中洋埕闸站小潮潮位计算值与实测值对比；
图9为实施例一中宁海桥站小潮潮位计算值与实测值对比；
图10为实施例一中三江口站小潮潮位计算值与实测值对比；
图11为实施例一中洋埕闸站小潮流速过程计算值与实测值对比；
图12为实施例一中宁海桥站小潮流速过程计算值与实测值对比；
图13为实施例一中三江口站小潮流速过程计算值与实测值对比；
图14为宁海闸泄流量遭遇低潮时的水位流量关系；
图15为宁海闸泄流量遭遇高潮时的水位流量关系。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明实施例中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
本实施例提供一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法，本实施例结合木兰溪宁海闸闸下水位流量关系计算对本发明作进一步的详细说明。木兰陂以下34.1km河道为木兰溪下游感潮河段，潮流作用明显，涨潮时河滩地淹没，退潮时河床出露，大潮时潮位高于两岸平原，有海堤(防洪堤)挡潮。拟建宁海闸水利工程处于木兰溪下游河口段。
1.1模型建立
为了能够使模型计算结果更加合理、准确，本次水动力数学模型采用非结构网格对模型进行划分，模型的上边界定于木兰陂，并且考虑兴化湾江阴岛位置的潮位过程不受木兰溪洪水流量的影响，将数学模型建模下边界建至外海江阴岛，基于2007年实测地形进行验证计算，基于2010年1月实测地形进行工程计算，河道边界为防洪堤线，具体如图1所示。
1.2模型相关参数
本次水动力数值模拟计算采用的参数主要有河道干湿边界、河道糙率、涡粘系数以及时间步长等。模拟中设定完全湿单元与完全干单元的水深阈值分别为0.1m与0.005m，即水深大于0.1的单元为完全湿单元，水深小于0.005m的单元不参加计算，水深介于两者之间的单元为半湿润单元。河道糙率在数值模拟中具有十分重要的作用，本模型根据实测水流资料率定、调试模型糙率，最终确定模型计算河段的糙率取值区间在0.028至0.035之间，模型中涡粘系数取值0.28m2/s，时间步长取为0.01s～30s。
本实施例为了使模型验证更加准确，分别采用2007年8月14～15日大潮及8月7～8日小潮两次水文测验资料进行验证计算，计算时下游出口边界由三江口实测潮位过程控制。河道内共有洋埕闸、宁海桥下和三江口三个水文测量断面。
本次水动力数值模拟计算采用的参数主要有河道干湿边界、河道糙率、涡粘系数以及时间步长等。模拟中设定完全湿单元与完全干单元的水深阈值分别为0.1m与0.005m，即水深大于0.1的单元为完全湿单元，水深小于0.005m的单元不参加计算，水深介于两者之间的单元为半湿润单元。河道糙率在数值模拟中具有十分重要的作用，本模型根据实测水流资料率定、调试模型糙率，最终确定模型计算河段的糙率取值区间在0.028至0.035之间，模型中涡粘系数取值0.28m2/s，时间步长取为0.01s～30s。
大潮以及小潮时，沿程三江口测点、宁海桥下测点以及洋埕闸测点潮位、流速过程计算值与实测值的对比见图2至图13所示。由验证结果可知，三个测点的潮位与流速计算值与实测值吻合性较好，符合相关规程的要求，比较准地反映了木兰溪下游河道的水流运动规律，因此认为模型参数的选取是合理的，可以将此模型用于计算分析木兰溪宁海闸闸闸下水位流量关系。
1.3宁海闸水位流量关系数值计算
1.3.1计算条件
本次宁海闸闸下水位流量关系数值模拟计算中，考虑水闸泄流分别遭遇低潮和高潮，通过利用MIKE21水动力模型仿真计算闸下水位流量关系，主要用于宁海闸闸下消能防冲的设计以及复核宁海闸的泄流能力。模型上边界为水闸各级下泄流量，下边界条件基于多年平均潮位过程进行数值模拟计算。
1.3.2闸下水位流量关系计算成果
本次利用二维水动力数学模型仿真计算水闸下泄各级流量分别与闸下低潮位、高潮位遭遇情况时宁海闸闸下水位流量关系，具体情况如下：
(1)泄流量遇低潮工况
利用MIKE21水动力模型仿真计算宁海闸下泄各级流量分别与低潮位(-2.5m)遭遇工况下的闸下水位流量关系，将结果统计并与传统计算方法的结果对比，具体详见图14和表1。
Figure BDA0002485525890000061
表1宁海闸泄流量遇低潮工况时，闸下水位流量关系比较
本次仿真计算成果与水文复核计算成果进行对比分析，从图7中和表1中可以看出，在同种流量下，水动力仿真计算得到的水位值稍低，两种方法计算得到水位流量关系整体趋势一致，可据此进行水闸消能防冲设计。
(2)泄流量遇高潮工况
利用MIKE21水动力数学模型计算水闸下泄各级流量分别与闸下多年平均潮位过程的高潮位(2.19m)相遇，计算得到宁海闸闸下水位流量关系，具体如图15和表2所示。
Figure BDA0002485525890000071
表2宁海闸泄流遇高潮工况时，闸下水位流量关系
将仿真计算结果与水文计算结果对比，从图15和表2中可以看出，在流量较小时，相同流量情况下，水文计算得到的水位值偏小，这主要是因为水文计算成果是考虑下游水位为平均高潮位2.19m，而水动力仿真计算是考虑泄流遇到多年平均潮位过程的高潮位，成果存在差异，不过在分布形态中，随着水闸下泄流量的增加，两种方式计算的成果趋于接近。水动力仿真计算能够较准确的模拟下游潮位与径流共同作用下闸下水位流量关系，因此，对于稀遇洪水工况的水闸泄流能力问题，可依据水动力数模仿真计算成果进行复核。
本实施例通过实测地形、水文资料建立MIKE21水动力数学模型，在验证合理的基础上，利用该模型仿真计算宁海闸下泄不同量级流量分别遭遇低潮、高潮的工况，得到闸下水位流量关系。本实施例表明利用水动力数学模型仿真计算方法能够较准确的得到径流和潮流共同作用下感潮河段闸下水位流量关系，该方法相对传统水位流量关系计算方法更加贴合实际，也更为准确，并且简明、直观、适应多种较复杂条件，计算结果可用于水闸消能防冲设计和复核水闸泄流能力。对于受潮流作用明显的闸下水位流量关系计算具有一定的参考价值，并且该模型建立后也可以进行河道水面线以及防洪影响分析计算等。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种感潮河段闸下水位流量关系的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，收集水闸所在感潮河道实测地形资料，不同断面实测流量、水位、流速资料，河道上水文站、潮位站实测洪水资料以及潮位资料；
步骤2，根据实测地形资料建立二维数学模型所需要的网格文件，网格文件依地形变化的剧烈程度及计算区域的重要性差异，数学模型采用三角网格；
步骤3，利用断面实测水文资料，对数学模型需要采用的参数进行率定，主要有河道干湿边界、河道糙率、涡粘系数以及时间步长，并进行调试，确定合理参数，模型中采用了以下动边界处理技术：分别设定一干水深、淹没水深和湿水深，且干水深hdry、淹没水深hflood、湿水深hwet必须满足hdry<hflood<hwet；糙率分段设置，糙率系数综合反映了天然河流计算河段的阻力，天然河流阻力由沙粒阻力、沙波阻力、河岸及滩面阻力、河流形态阻力组成，根据河道实际床面分区域设定合适糙率值，涡粘系数以及时间步长可按模型默认设置；
步骤4，利用验证过的感潮河段二维数学模型，模拟计算感潮段水闸下泄不同流量分别与不同高、低潮位遭遇的情况，得到闸下水位流量关系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112267418A (zh) * 2020-11-06 2021-01-26 万晓凌 一种计算感潮河道进出水量的新方法
CN112528539B (zh) * 2020-12-07 2023-12-12 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 确定病险水闸安全控制运行水位的方法
CN113642274B (zh) * 2021-10-14 2022-01-14 四川大学 一种基于流场模型的河流流量计算方法
CN114818320B (zh) * 2022-04-25 2022-11-08 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 一种巨型河网水动力数学模型率定方法、系统及存储介质
CN118052680B (zh) * 2024-02-01 2024-10-18 广东省水利水电科学研究院 一种用于独流入海河流感潮断面的生态流量检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103853934A (zh) * 2014-03-28 2014-06-11 刘舒 一种河网模型计算的方法和系统
CN106759063A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 河海大学 一种感潮河段造床流量的计算方法
EP3534187A2 (en) * 2018-02-16 2019-09-04 Enrique Menotti Pescarmona Process and system for hydrological analysis and management for river basins

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103853934A (zh) * 2014-03-28 2014-06-11 刘舒 一种河网模型计算的方法和系统
CN106759063A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 河海大学 一种感潮河段造床流量的计算方法
EP3534187A2 (en) * 2018-02-16 2019-09-04 Enrique Menotti Pescarmona Process and system for hydrological analysis and management for river basins

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hydrodynamic simulation of a selected reach in a tidal river;Aysha Akter 等;《7th Brunei International Conference on Engineering and Technology 2018 (BICET 2018)》;20190603;全文 *
基于MIKE21水动力模型计算感潮河段闸下水位流量关系;王新强;《广东水利水电》;20211031;全文 *
感潮河段确定水位流量关系方法探讨;陈慧莎;《广东水利水电》;20190331;全文 *

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