CN118194740A - 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法 - Google Patents

一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118194740A
CN118194740A CN202410185148.0A CN202410185148A CN118194740A CN 118194740 A CN118194740 A CN 118194740A CN 202410185148 A CN202410185148 A CN 202410185148A CN 118194740 A CN118194740 A CN 118194740A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water level
water
drainage
period
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410185148.0A
Other languages
English (en)
Inventor
刘曾美
熊腮敏
阎苗渊
赵平
黎智良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongshan Water Conservancy & Hydropower Surveying Designing And Consulting Co ltd
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
Zhongshan Water Conservancy & Hydropower Surveying Designing And Consulting Co ltd
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongshan Water Conservancy & Hydropower Surveying Designing And Consulting Co ltd, South China University of Technology SCUT filed Critical Zhongshan Water Conservancy & Hydropower Surveying Designing And Consulting Co ltd
Priority to CN202410185148.0A priority Critical patent/CN118194740A/zh
Publication of CN118194740A publication Critical patent/CN118194740A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，包括以下步骤：确定各水闸和规划的排涝泵站所对应的承泄区；确定时段初水闸和泵站初始状态；计算时段初总体外排流量并设置计算时段长度；假设计算时段末内水位；根据水量平衡原理，计算时段末涝区真实内水位；判断假设时段末内水位与计算时段末真实涝区内水位是否在误差允许范围内；确定计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻；循环计算直至排涝过程结束。本发明以水量调蓄演算为基础，考虑位于不同承泄区的水闸闸外水位过程差异，计算出涝区规划所需的排涝泵站规模，并反映出每个水闸的调度规则，获得各水闸抢排涝水的过程，以及随闸内、外水位变化的闸门开、关运行情况。

Description

一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法
技术领域
本发明涉及水利工程中的排涝领域，尤其涉及一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法。
背景技术
内涝是因暴雨涝水无法及时外排至承泄区而产生积水的现象。涝区内降雨大——降雨强度高或降水量多都会产生更多涝水，承泄区水位的顶托作用则会降低水闸的排水能力，因此无论是降雨大或是承泄区水位的顶托作用都可能导致涝水无法在涝区的承载上限内外排至承泄区，最终形成涝灾。
目前水闸自排是排涝的首选方案，水闸排水能力不足时辅以泵站进行抽排，其运行方式为：当涝区发生降雨时，出现涝区内水位高于承泄区水位，可及时开启水闸进行抢排，反之则关闭水闸防止外江洪水倒灌，与此同时若排水能力不足可增设排涝泵站进行抽排，因此涝区排涝泵站规模的合理设置对于涝区及时排涝至关重要。
当前排涝计算方法通常采用水量调蓄演算法和水动力学法。水量调蓄法是将区域内部水系化为整体，概化为一个大调蓄水体，然后通过水闸和泵站将涝区内涝水外排至承泄区。水动力学法是将河道系统进行概化，建立相应的水动力模型，采用圣维南方程组对水流运动过程进行求解计算，最后以实测数据对模型进行率定验证。然而现实情况复杂，可能出现河道水系纵横交错或有调蓄池、湖泊、水库等水域面积相互连通的情况，水动力学法建模难度大；同时模型需要实测数据进行率定验证，实际规划设计时往往无法获得完整的数据资料，故其模拟计算成果需要其他方法来进一步检验。水量调蓄演算法从整体出发，忽略内部水体流动过程，直接于外排出口处进行总水量进出平衡控制，方法和思路简单明了，因此在规划设计阶段拟定排涝泵站规模时，水量调蓄演算法是一种非常行之有效的计算方法。(平原湖区排涝模数计算方法的比较研究罗文兵，王修贵﹐孙怀卫，范琳琳，钱龙长江科学院农业水利研究所，武汉430010；武汉大学水资源与水电工程科学国家重点试验室，武汉430072；华中科技大学水电与数字化工程学院，武汉430074)
然而当前采用水量调蓄演算法主要是以单个水闸泵站进行排涝计算，此类情况采用水量调蓄演算法进行计算十分简单(平原河网区除涝水文计算方法研究张小潭广州市市政工程设计研究总院，广东广州510060)，此外即便是运用在多个水闸的排涝计算时也是将其概化为一个整体水闸进行计算，并未考虑各个水闸自身和其承泄区的差异性，计算结果精度较差，无法体现各个水闸片区的自排能力，按此设置的排涝泵站规模是否合理有待进一步研究。(广州市南沙区万顷沙网河区排涝调蓄演算研究刘树锋，刘一休，杨晨，陈记臣，谭丹，沈学明广东省水利水电科学研究院，广州510635；河口水利技术国家地方联合工程实验室，广州510635；广东省水动力学应用研究重点实验室，广州510635；中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430063))。现实中涝区往往是有多个水闸并有多个不同的承泄区，在规划阶段往往数据不足以完成水动力学法建模，此时如何采用水量调蓄演算法充分考虑多个水闸和其位置差异——承泄区水位过程不同，快速计算出所需规划的排涝泵站规模大小，及时进行各水闸控制区域的局部涝水抢排，了解并反映出各水闸的真实排水过程是十分必要的。
发明内容
本发明目的在于提出一种多水闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，该方法针对在规划阶段数据资料不足以构建水动力学数值模型的多水闸多承泄区涝区，采用水量调蓄演算法，考虑位于不同承泄区的水闸闸外水位过程差异，快捷高效地确定涝区的排涝泵站规模，同时反映出每个水闸的调度规则清晰给出各水闸抢排涝水的过程，以及随闸内、外水位变化的闸门开、关运行情况。解决了排涝规划设计中多水闸在不同承泄区涝区的排涝泵站规模大小问题，更加真实地体现了各个水闸的实际排涝过程，同时各水闸详细关闸和开闸的排水过程可为制定多闸的联合优化调度运行方案提供依据，此外还能为采用水动力学法构建的模型在参数率定与模型验证时提供参考。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，包括以下步骤：
(1)确定各水闸和规划的排涝泵站所对应的承泄区：以区域的承泄区水位过程作为划分依据，确定各水闸和泵站所对应的外排承泄区；
(2)确定时段初水闸和泵站开闭状态；
(3)计算时段初总体外排流量，并设置计算时段长度：确定水闸开闭状态后运用水力学知识，计算出各水闸在时段初的外排流量大小，然后汇总所有水闸和泵站的外排流量得到时段初的总体外排流量，同时设置计算时段长度；
(4)根据设置的计算时段长度，假设计算时段末内水位H设；
(5)根据水量平衡原理，计算时段末涝区真实内水位H真：通过假设计算时段末内水位H设，运用水力学知识得到时段末总体外排流量，然后根据选择的计算时段长度、入流过程、计算时段初和末总体外排流量，依据水量平衡原理计算时段末区域总水量变化，并据此查询区域的水位容积关系曲线，得到该计算时段末真实涝区内水位H真；
(6)判断假设计算时段末内水位H设与计算时段末真实涝区内水位H真是否在误差允许范围内：根据研究区域的实际情况拟定误差允许范围，若在误差允许范围内则进行步骤(7)，否则回到步骤(4)重新假设计算时段末内水位H设；
(7)判断在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，则缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新设置计算时段长度，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内外水位关系一致，则结束该计算时段计算，继续判断下一计算时段，直至完成所有的计算时段，整理排涝调蓄演算的过程，得到各个水闸的排涝过程，并确定涝区所需规划的排涝泵站规模。
进一步地，确定各水闸和泵站所对应的承泄区时依据各水闸和泵站的位置差异导致其承泄区水位过程的不同，对各水闸和泵站的承泄区水位进行一一对应，确定各水闸和泵站所对应的外排承泄区。
进一步地，比较水闸内、外水位大小关系，确定计算时段初水闸和泵站开闭状态：计算时段初，判断各个水闸处承泄区水位是否小于闸内水位，若有水闸的承泄区水位低于闸内水位，则闸门开闸抢排，否则关闸防止外江洪水倒灌，同时在这个过程中，若排水能力不足，则开启泵站进行抽排，反之则关闭泵站。
进一步地，步骤(3)、步骤(5)中运用到的水力学知识求水闸外排能力，闸排流量Q排是闸上水头H0的函数，当水闸的型式、尺寸等已定时，排水流量Q排用下面公式①和公式②表示：
水流为堰流时：
水流为孔流时：
式中：Q堰流、Q孔流分别为堰流和孔流时的水闸外排流量，m3/s；σ、σs分别为堰流和孔流的淹没系数；m、μ分别为堰流和孔流的流量系数；ε为侧收缩系数；e为孔口高度，m；B为过流宽度，m；H0为时刻末堰上水头，m；g为重力加速度，m2/s。
进一步地，步骤(3)中计算时段长度的设置是根据已知的入流过程，确定相邻入流流量之间的时段长度，并将此时段长度设置为初始采用的计算时段长度。
进一步地，步骤(4)中假设计算时段末内水位H设，该假设内水位先取上一时刻内水位减去允许水位误差开始，后续步骤(6)中若假设内水位和真实涝区内水位的误差不在允许误差范围内，再重新取假设内水位为先前假设内水位和真实涝区内水位的均值，多次计算直至假设内水位和真实涝区内水位的误差在允许误差范围内。
进一步地，步骤(5)中水量平衡原理是指单位时段内入流水量与出流水量的差值等于区域整体的水量变化，其表达式如下式③所示：
式中：下标1、2分别代表着计算时段的初始时刻和结束时刻；Δt为计算时段，s；Q入1、Q入2分别为时段Δt始、末的总入河道流量，m3/s；Qi,排1、Qi,排2分别为时段Δt始、末的第i个水闸的排水流量，m3/s；qj,1、qj,2分别为时段Δt始、末的第j个旁侧出流量，m3/s；V1、V2分别为时段Δt始、末的库容，m3。
进一步地，依据水量平衡原理计算得到时段末区域总水量，再通过已知区域的水位容积关系曲线，推算出该区域总水量所对应的区域内水位即得到计算时段末真实涝区内水位H真。
进一步地，通过比较计算时段初末闸内外水位关系，判断在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：比较计算时段末内水位与各个闸门处的承泄区水位大小，若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，即计算时段初内水位高于外水位，而计算时段末内水位低于外水位或计算时段初内水位低于外水位，计算时段末内水位高于外水位，则此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，需要缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新设置计算时段长度，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内外水位关系一致，则继续判断下一计算时段。
进一步地，步骤(7)中若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，则需重新缩小计算时段长度，是指细分计算时段直至在细化后的计算时段内满足各个水闸都满足计算时段初末内、外水位关系一致。
与现有的技术相比，本发明所提出的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，具有以下有益效果：根据水闸的排水能力受到承泄区水位顶托作用的影响，通过对排涝过程进行梳理，考虑了位于不同承泄区的水闸闸外水位过程差异，通过对多个闸门和泵站进行排涝调蓄演算，比较完整地形成了一套适用于地区内有多个水闸且承泄区不唯一的排涝泵站规划方法。本发明提出的方法忽略区域内部水体运动，将整个区域作为一个大的调蓄水体，通过考虑多个闸门位置不同而引起其承泄区水位过程差异，能快捷高效地确定涝区排涝泵站所需规划规模大小，清晰给出各水闸抢排涝水的过程，以及随闸内、外水位变化的闸门开、关运行情况。本发明能解决排涝规划设计中有多个水闸且承泄区不唯一的涝区排涝泵站规划规模问题，更加真实地体现了各个水闸的实际排涝过程，且各水闸详细关闸和开闸的排水过程可为制定多闸的联合优化调度运行方案提供依据。此外，本发明能够为水动力学法所得到的模型在参数率定与模型检验时作进一步检验，保证了计算水闸排涝过程的真实性。
附图说明
图1是本发明实施例多水闸在不同承泄区的排涝调蓄演算方法的适用区域；
图2是本发明实施例多水闸在不同承泄区的排涝调蓄演算方法的流程图；
图3是本发明实施例中山市中珠联围的区域示意图；
图4是本发明实施例珠海市上横联围的区域示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，以下将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提出的方法需基于已有相应的基础数据，如现状排涝闸门规模和位置、区域的水位容积关系曲线、设计入流过程和各个闸门外承泄区水位过程，为了使本发明所提出的一种多水闸在不同承泄区的排涝调蓄演算方法易于明白了解，并以与两个承泄区相邻的中山市中珠联围和与三个承泄区相邻的珠海市上横联围为例作进一步说明。
本实施例的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，包括以下步骤：
(1)确定各水闸和规划的排涝泵站所对应的承泄区：以区域的承泄区水位过程作为划分依据，确定各水闸和泵站所对应的外排承泄区；
(2)比较水闸内、外水位大小关系，确定计算时段初水闸和泵站开闭状态：计算时段初，根据闸内水位判断各个水闸是否会出现自排的机会，即判断各个水闸处承泄区水位是否小于闸内水位，若有水闸的承泄区水位低于闸内水位，则表明该水闸在该时刻具备自排的机会，该闸门开闸抢排，否则关闸防止外江洪水倒灌，同时在这个过程中，若排水能力不足，则开启泵站进行抽排，反之则关闭泵站；
(3)计算时段初总体外排流量，并选定相邻入流流量的时段长度作为初始采用的计算时段长度：确定水闸开闭状态后运用水力学知识，计算出各水闸在时段初的外排流量大小，然后汇总所有水闸和泵站的外排流量得到时段初的总体外排流量。同时根据已知的入流过程，选定相邻入流流量的时段长度作为初始采用的计算时段长度；
(4)假设计算时段末内水位H设：根据选定的计算时段长度，假设该计算时段末内水位H设；
(5)根据水量平衡原理，计算时段末涝区真实内水位H真：通过假设时段末内水位H设，运用水力学知识可得到时段末总体外排流量，然后根据选择的计算时段长度、入流过程、计算时段初和末总体外排流量，依据水量平衡原理计算时段末区域总水量变化，并据此查询区域的水位容积关系曲线，得到该计算时段末涝区内水位H真；
步骤(3)、步骤(5)中运用到的水力学知识求水闸外排能力，闸排流量Q排是闸上水头H0的函数，当水闸的型式、尺寸等已定时，排水流量Q排用下面公式①和公式②表示：
水流为堰流时：
水流为孔流时：
式中：Q堰流、Q孔流分别为水流堰流和孔流时的外排流量，m3/s；σ、σs分别为堰流和孔流的淹没系数；m、μ分别为堰流和孔流的流量系数；ε为侧收缩系数；e为孔口高度，m；B为过流宽度，m；H0为时刻末堰上水头，m；g为重力加速度，m2/s。
水量平衡原理是指单位时段内入流水量与出流水量的差值等于区域整体的水量变化，其表达式如下式③所示：
式中：下标1、2分别代表着计算时段的初始时刻和结束时刻；Δt为计算时段，s；Q入1、Q入2分别为时段Δt始、末的总入河道流量，m3/s；Qi,排1、Qi,排2分别为时段Δt始、末的第i个水闸的排水流量，m3/s；qj,1、qj,2分别为时段Δt始、末的第j个旁侧出流量(如泵站抽水流量)，m3/s；V1、V2分别为时段Δt始、末的库容，m3；
(6)判断假设时段末内水位H设与计算时段末真实涝区内水位H真是否在误差允许范围内：根据研究区域的实际情况拟定误差允许范围，若在误差允许范围内则继续，否则回到步骤(4)重新假设计算时段末涝内水位H设；
(7)通过比较计算时段初末闸内、外水位关系，确定在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：比较计算时段末内水位与各个闸门处的承泄区水位大小，若有水闸在计算时段初末内、外水位关系不一致，即计算时段初内水位高于外水位，而计算时段末时内水位低于外水位(或计算时段初内水位低于外水位，计算时段末内水位高于外水位)，则此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，需要缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新计算，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内、外水位关系一致，则结束改计算时段计算，继续下一计算时段；
若有水闸在计算时段初末内、外水位关系不一致，则需重新缩小计算时段长度，是指进一步细分计算时段直至在细化后的计算时段内满足各个水闸都满足计算时段初末内、外水位关系一致，细分时段的大小可根据实际计算时的精度而选取适当大小的计算时段。
(8)对每一计算时段进行上述步骤(2)至步骤(7)计算过程，直至完成所有的计算时段，整理排涝调蓄演算的过程，得到各个水闸和泵站的排涝过程，并确定涝区所需规划设置的排涝泵站规模。
当涝区内部水系连通，雨水产汇流过程复杂时，可采用水量调蓄演算的方法进行排涝调蓄演算。计算时将入流过程概化汇总为整个区域入流过程，同时将整个区域概化为一个大调蓄水体，采用水位容积关系来表征涝区内水位与涝区内部水量的关系，忽略各个闸门之间水量传递时间差异，将所有外排流量进行汇总计算，根据出口处水量进出平衡推求涝区内涝水量变化，并依据水位容积关系求算涝区内水位。
涝区内水闸排水过程受承泄区水位的顶托影响，而承泄区水位遭受上游洪水和下游潮波共同作用，各个闸门所在位置差异会导致其承泄区水位过程不同。本发明在排涝演算时考虑多个闸门位置不同而引起其承泄区水位过程差异，快捷高效地确定涝区排涝泵站所需规划规模，清晰给出各水闸抢排涝水的过程，以及随闸内、外水位变化的闸门开、关运行情况，且各水闸详细关闸和开闸的排水过程可为制定多闸的联合优化调度运行方案提供依据。
采用水动力学方法需要大量的实测数据进行建模，现实中难以完全获取，故其计算结果的准确性有待商榷，而本发明所述方法所得到的排涝调蓄演算的结果可为水动力学方法所计算得到的排涝调蓄过程做进一步验证。
以中山市中珠联围作为一种具体的实施例(区域示意图如附图3所示)，该联围有两个承泄区：磨刀门水道和珠江口(外海)，磨刀门水道上有马角水闸、联石湾水闸、灯笼水闸、大涌口水闸和广昌水闸等5个水闸，珠江口仅有石角咀水闸。运用本发明所述的一种多承泄区的水闸排涝调蓄演算方法是基于已有中珠联围的水位容积关系(如下表1-1)、现状排涝闸门和规划的排涝泵站规模(如下表1-2)、设计入流过程和闸门处所对应的承泄区水位过程数据(如下表1-3、表1-4时段平均入流过程和承泄区水位所示)。
通过以两种排涝调蓄演算的情况——一种不设置泵站仅依靠水闸进行排涝，另一种除水闸外再规划设置800 m3/s规模的泵站(其中磨刀门水道规划设置560m3/s，外海规划设置240m3/s)进行抽排，对各个时段进行相应的排涝调蓄演算，分步实施本发明中的步骤(1)至步骤(8)：
(1)确定各水闸和规划的排涝泵站所对应的承泄区：以中山市中珠联围的承泄区水位过程作为划分依据，确定两大承泄区——磨刀门水道和外海，同时确定各水闸和泵站所对应的的外排承泄区(见下表1-2)。
(2)比较水闸内、外水位大小关系，确定计算时段初水闸和泵站开闭状态：计算时段初，根据闸内水位判断各个水闸是否会出现自排的机会，即判断各个水闸处承泄区水位是否小于闸内水位。若有水闸的承泄区水位低于闸内水位，则表明该水闸在该时刻具备自排的机会，该闸门可以开闸抢排，否则需关闸防止外江洪水倒灌。同时在这个过程中，若排水能力不足，则开启泵站进行抽排，反之则关闭泵站。
(3)计算时段初总体外排流量，并选定合适的计算时段长度：确定水闸开闭状态后运用水力学知识，计算出各水闸在时段初的外排流量大小，然后汇总所有水闸和泵站的外排流量得到时段初的总体外排流量，同时选定合适的计算时段长度。
(4)假设计算时段末内水位H设：根据选定的计算时段长度，假设该计算时段末内水位H设。
(5)根据水量平衡原理，计算时段末涝区真实内水位H真：通过假设时段末内水位H设，运用水力学知识可得到时段末总体外排流量，然后根据选择的计算时段长度、入流过程、计算时段初和末总体外排流量，依据水量平衡原理计算时段末区域总水量变化，并据此查询区域的水位容积关系曲线，得到该计算时段末涝区内水位H真。
(6)判断假设时段末内水位H设与计算时段末真实涝区内水位H真是否在误差允许范围内：根据研究区域的实际情况拟定误差允许范围，若在误差允许范围内则继续，否则回到步骤(4)重新假设计算时段末涝内水位H设。
(7)通过比较计算时段初末闸内、外水位关系，确定在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：比较计算时段末内水位与各个闸门处的承泄区水位大小，若有水闸在计算时段初末内、外水位关系不一致，即计算时段初内水位高于外水位，而计算时段末时内水位低于外水位(或计算时段初内水位低于外水位，计算时段末内水位高于外水位)，则此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，需要缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新计算，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内、外水位关系一致，则结束改计算时段计算，继续下一计算时段。
(8)对每一计算时段进行上述步骤(2)至(7)计算过程，直至完成所有的计算时段，整理排涝调蓄演算的过程，得到各个水闸和泵站的排涝过程，并确定涝区所需规划设置的排涝泵站规模。
最终中珠联围的排涝调蓄演算计算的成果表如下表1-3和表1-4所示，通过应用本发明所提出的一种多闸多承泄区的排涝泵站规划方法，将承泄区水位过程差异因素纳入了考虑，能快速确定排涝泵站规模，总体规划需设置Q＝800m3/s，其中磨刀门水道规划设置560m3/s，外海规划设置240m3/s，反映出了水闸排水的真实过程，清晰给出位于各承泄区的水闸随涝区水位变化和闸外水位变化的详细关闸和开闸排水过程，体现了水闸在排涝过程中的抢排作用，更加有效地排除涝区内部涝水。
表1-1中珠联围的水位容积关系表
高程 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
容积(万m3) 0.00 281.08 646.40 1066.37 1529.07 2007.19 2545.69 3069.46
表1-2中珠联围的闸门和泵站规模表
表1-3中珠联围只靠水闸进行排水峰峰对应下的调蓄计算表
表1-4中珠联围闸泵联排时峰峰对应下的调蓄计算表(规划设置Q＝800m3/s，其中磨刀门水道规划设置560m3/s，外海规划设置240m3/s)
以珠海市上横联围作为一种具体的实施例(区域示意图如附图4所示)，该区域与三个承泄区相邻——涝涝溪、荷麻溪和横坑水道，运用本发明所述的一种多闸多承泄区的排涝泵站规划方法是基于已有上横联围的水位容积关系(如下表2-1)、现状排涝闸门和泵站的规模(如下表2-2)、设计入流过程和各承泄区水位过程数据(如下表2-3、表2-4时段平均入流过程和承泄区水位所示)。然后对各个计算时段进行相应的排涝调蓄演算，即实施本发明中的步骤(1)至步骤(8)，最终上横联围的排涝调蓄演算计算的成果表如下表2-3和表2-4所示，结果表明上横联围再设置Q＝16m3/s，其中涝涝溪规划设置8m3/s，荷麻溪规划设置6m3/s，横坑水道规划设置2m3/s。
通过本实施例可以看出本发明所提出的一种多闸多承泄区的排涝泵站规划方法同样适用于三个承泄区的区域，且本实施例更能展现多个水闸在排涝过程中因承泄区水位过程差异而出现的抢排时机，清晰明了的给出位于各承泄区的水闸随涝区水位变化和闸外水位变化的详细关闸和开闸排水过程，充分体现了水闸在排涝中的抢排作用，更加真实反映了水闸的排涝过程。
表2-1上横联围水位库容关系表
水位/m -1 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1
库容/万m3 0 7.26 10.89 16.76 25.56 35.85 46.98 58.44
水位/m 0 0.1 0.2 0.3 0.5 1 1.5 2
库容/万m3 70.12 81.84 93.71 105.75 129.87 178.19 226.54 274.89
表2-2上横联围现状闸门泵站规模表
表2-3上横联围只靠水闸进行排水峰峰对应下的调蓄计算表
表2-4上横联围闸泵联排时峰峰对应下的调蓄计算表(规划设置Q＝16m3/s，其中涝涝溪规划设置8 m3/s，荷麻溪规划设置6 m3/s，横坑水道规划设置2
m3/s)
综合上述两个实施例，一个考虑两个承泄区——中山市中珠联围，一个考虑三个承泄区——珠海市上横联围都能运用本发明的方法，如果承泄区数量更多以此类推，本发明所提出的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法都能进行相应的排涝调蓄演算，并确定所需规划设计的排涝泵站规模。
本发明所提出的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，是一种能够考虑地区内多个闸门及其位置分布差异导致其承泄区水位过程不同的排涝演算方法，快捷高效地确定规划所需的排涝泵站规模，清晰给出水闸抢排涝水的过程，以及随闸内、外水位变化的闸门开、关运行情况，且水闸详细关闸和开闸的排水过程可为制定多闸的联合优化调度运行方案提供依据。此外，本发明能够为水动力学法所得到的模型在参数率定与模型检验时作进一步检验，保证了计算水闸排涝过程的真实性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定各水闸和规划的排涝泵站所对应的承泄区：以区域的承泄区水位过程作为划分依据，确定各水闸和泵站所对应的外排承泄区；
(2)确定时段初水闸和泵站开闭状态；
(3)计算时段初总体外排流量，并设置计算时段长度：确定水闸开闭状态后运用水力学知识，计算出各水闸在时段初的外排流量大小，然后汇总所有水闸和泵站的外排流量得到时段初的总体外排流量，同时设置计算时段长度；
(4)根据设置的计算时段长度，假设计算时段末内水位H设；
(5)根据水量平衡原理，计算时段末涝区真实内水位H真：通过假设计算时段末内水位H设，运用水力学知识得到时段末总体外排流量，然后根据选择的计算时段长度、入流过程、计算时段初和末总体外排流量，依据水量平衡原理计算时段末区域总水量变化，并据此查询区域的水位容积关系曲线，得到该计算时段末真实涝区内水位H真；
(6)判断假设计算时段末内水位H设与计算时段末真实涝区内水位H真是否在误差允许范围内：根据研究区域的实际情况拟定误差允许范围，若在误差允许范围内则进行步骤(7)，否则回到步骤(4)重新假设计算时段末内水位H设；
(7)判断在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，则缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新设置计算时段长度，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内外水位关系一致，则结束该计算时段计算，继续判断下一计算时段，直至完成所有的计算时段，整理排涝调蓄演算的过程，得到各个水闸的排涝过程，并确定涝区所需规划的排涝泵站规模。
2.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：确定各水闸和泵站所对应的承泄区时依据各水闸和泵站的位置差异导致其承泄区水位过程的不同，对各水闸和泵站的承泄区水位进行一一对应，确定各水闸和泵站所对应的外排承泄区。
3.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：比较水闸内、外水位大小关系，确定计算时段初水闸和泵站开闭状态：计算时段初，判断各个水闸处承泄区水位是否小于闸内水位，若有水闸的承泄区水位低于闸内水位，则闸门开闸抢排，否则关闸防止外江洪水倒灌，同时在这个过程中，若排水能力不足，则开启泵站进行抽排，反之则关闭泵站。
4.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：步骤(3)、步骤(5)中运用到的水力学知识求水闸外排能力，闸排流量Q排是闸上水头H0的函数，当水闸的型式、尺寸等已定时，排水流量Q排用下面公式①和公式②表示：
水流为堰流时：
水流为孔流时：
式中：Q堰流、Q孔流分别为堰流和孔流时的水闸外排流量，m3/s；σ、σs分别为堰流和孔流的淹没系数；m、μ分别为堰流和孔流的流量系数；ε为侧收缩系数；e为孔口高度，m；B为过流宽度，m；H0为时刻末堰上水头，m；g为重力加速度，m2/s。
5.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：步骤(3)中计算时段长度的设置是根据已知的入流过程，确定相邻入流流量之间的时段长度，并将此时段长度设置为初始采用的计算时段长度。
6.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：步骤(4)中假设计算时段末内水位H设，该假设内水位先取上一时刻内水位减去允许水位误差开始，后续步骤(6)中若假设内水位和真实涝区内水位的误差不在允许误差范围内，再重新取假设内水位为先前假设内水位和真实涝区内水位的均值，多次计算直至假设内水位和真实涝区内水位的误差在允许误差范围内。
7.根据权利要求1所的述一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：步骤(5)中水量平衡原理是指单位时段内入流水量与出流水量的差值等于区域整体的水量变化，其表达式如下式③所示：
式中：下标1、2分别代表着计算时段的初始时刻和结束时刻；Δt为计算时段，s；Q入1、Q入2分别为时段Δt始、末的总入河道流量，m3/s；Qi,排1、Qi,排2分别为时段Δt始、末的第i个水闸的排水流量，m3/s；qj,1、qj,2分别为时段Δt始、末的第j个旁侧出流量，m3/s；V1、V2分别为时段Δt始、末的库容，m3。
8.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：依据水量平衡原理计算得到时段末区域总水量，再通过已知区域的水位容积关系曲线，推算出该区域总水量所对应的区域内水位即得到计算时段末真实涝区内水位H真。
9.根据权利要求1所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：通过比较计算时段初末闸内外水位关系，判断在该计算时段内是否有水闸存在内水位等于外水位的临界时刻：比较计算时段末内水位与各个闸门处的承泄区水位大小，若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，即计算时段初内水位高于外水位，而计算时段末内水位低于外水位或计算时段初内水位低于外水位，计算时段末内水位高于外水位，则此时在该计算时段内存在内水位等于外水位的临界点，需要缩小计算时段长度，回到步骤(3)重新设置计算时段长度，直至出现水闸临界时刻；若有水闸在计算时段初末内外水位关系一致，则继续判断下一计算时段。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法，其特征在于：步骤(7)中若有水闸在计算时段初末内外水位关系不一致，则需重新缩小计算时段长度，是指细分计算时段直至在细化后的计算时段内满足各个水闸都满足计算时段初末内、外水位关系一致。
CN202410185148.0A 2024-02-19 2024-02-19 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法 Pending CN118194740A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410185148.0A CN118194740A (zh) 2024-02-19 2024-02-19 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410185148.0A CN118194740A (zh) 2024-02-19 2024-02-19 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118194740A true CN118194740A (zh) 2024-06-14

Family

ID=91393798

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410185148.0A Pending CN118194740A (zh) 2024-02-19 2024-02-19 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118194740A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106682317B (zh) 上下游边界共同控制下河段平滩流量预测模型的构建方法
CN112989538B (zh) 城市排水系统的控制方法和控制装置
CN106168991B (zh) 一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法
CN105678067B (zh) 城市河涌防洪排涝动态预报控制方法及系统
CN109543275B (zh) 一种城区地表径流二维数值模拟方法
CN111046574B (zh) 一种平原湖区湖河闸泵系统防洪排涝演算方法
Park et al. Optimal design of stormwater detention basin using the genetic algorithm
CN103440538B (zh) 基于航道水动力计算的梯级通航枢纽联合优化调度方法
CN107885958B (zh) 一种平原感潮河网区纳污能力计算方法
CN107045568B (zh) 基于动态规划逐次逼近法的河道糙率反演方法
CN110210109B (zh) 一种河网中堰闸工程反向水流的数值模拟方法及系统
CN110705171A (zh) 一种基于mike模型的感潮河网水环境治理方法
CN111046551B (zh) 一种城市群排水过程模拟方法
CN117473889B (zh) 一种区域尺度的暴雨内涝分析方法、设备及存储介质
CN112052545B (zh) 一种基于元胞自动机的城市地表径流与管网汇流耦合方法
CN105046069A (zh) 一种大型水电站库水温度数值预测方法
CN110096670B (zh) 调蓄池削减峰值流量的一种动态计算方法
CN109190263B (zh) 基于全流域降雨径流及水动力模型预测降水流量的方法
Han et al. A coupled 1-D and 2-D channel network mathematical model used for flow calculations in the middle reaches of the Yangtze River
CN117494616A (zh) 一种闸泵群调度模拟方法及系统
CN118194740A (zh) 一种多闸多承泄区涝区的排涝泵站规划方法
CN111598757B (zh) 一种平原河网区城市水系流动确定方法
CN110704994B (zh) 雨水截流管网有效截流率计算模型的构建方法
Croci et al. Urbfep model for basin scale simulation of urban floods constrained by sewerage's size limitations
CN106284190B (zh) 多沙交汇型河流汇口边滩整治线的构建方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination