專利名稱：一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種河流水動力數(shù)值計算方法，特別是關于一種用于求解多級河道河流水動力條件的含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法。
背景技術：
在河流水利工程中，梯級水電站是指在同一條河流上修建的，上下游有水流聯(lián)系的水電站群,如三峽水電站和其下游的葛洲壩水電站構成梯級水電站。梯級水電站上下梯級之間的流量調(diào)控與改善泥沙沖刷淤積和通航控制等諸多問題密切相關。而求解河流水動力條件是梯級水電站實現(xiàn)宏觀調(diào)度和流量控制的一個必要條件。目前，對平原河流的流量分析大多采用Saint-Venant雙曲方程組建模,通過Preissmann隱式差分法離散成帶狀矩陣，并利用Newton-Raphson方法迭代求解單一河道的流量。但當河道中存在如梯級水電站等結構物時，通常是將河道在結構物處分隔成兩個河段，按順序逐級求解，即在求解完第 一級河段得到其下邊界條件后，將其作為第二級河段的上邊界條件再進行第二級河段的計算，如此一來，整個求解過程耗時較長，效率較低，且當河道中的結構物發(fā)生改變時，需要一定范圍地修改計算機程序代碼，程序的通用性和可移植性差。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種無需大范圍修改原單一河道水動力條件求解程序，就能夠實現(xiàn)多級河道河流水動力條件快速并行求解的含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法，它包括以下步驟I)設定河道中梯級水電站的每一級水電站的上游邊界節(jié)點Gi和下游邊界節(jié)點Hi,下標i用于表征水電站，i=0, I, 2, 3......；2)給定每一級水電站上游邊界節(jié)點Gi的水位Zei，給每一級水電站下游邊界節(jié)點Hi的水位ZHi賦予初始值Zm = Zai0 ；3)采用Saint-Venant雙曲方程組為整條河道建模,所述Saint-Venant雙曲方程組包括以下一連續(xù)方程和一動量方程
權利要求
1.一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法，它包括以下步驟 1)設定河道中梯級水電站的每一級水電站的上游邊界節(jié)點Gi和下游邊界節(jié)點Hi，下標i用于表征水電站，i=0, I, 2, 3......； 2)給定每一級水電站上游邊界節(jié)點Gi的水位Zei，給每一級水電站下游邊界節(jié)點Hi的水位ZHi賦予初始值Zm = Zai0 ； 3)采用Saint-Venant雙曲方程組為整條河道建模,所述Saint-Venant雙曲方程組包括以下一連續(xù)方程和一動量方程
2.如權利要求I所述的一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法，其特征在于所述步驟2)中，直接給定每一級水電站上游邊界節(jié)點Gi的流量-水位函數(shù)關系Qei=gl (Zei)，相應地，所述步驟5)中，將當前每一級水電站上游邊界節(jié)點Gi的流量-水位函數(shù)關系Qei = gl (Zci)作為其上游河段的下邊界條件。
3.如權利要求I或2所述的一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法，其特征在于所述步驟5)中，根據(jù)所述步驟4)的線性離散方程組的系數(shù)矩陣對河道所有水電站的上下游變量進行同步求解，求解出每一級水電站的與上游邊界節(jié)點Gi水位Zei對應的上游過水面積Αω，以及與下游邊界節(jié)點Hi當前水位ZHi對應的下游過水面積Am ;相應地，所述步驟6) 11)中，通過計算每一級水電站的過水面積相對誤差I AAiAeiI，與給定 誤差范圍進行比較，判斷是否對水電站下游邊界節(jié)點Hi當前水位Zm進行校正，AAi為過水面積偏差，AAi=Am-At^
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含梯級水電站河流水動力條件并行化數(shù)值模擬方法，它通過給定河道結構物上側水位或流量-水位關系作為上游河段的下邊界條件，假設結構物下側水位作為下游河段的上邊界條件，為每一河段建立一封閉的方程組，且每一方程組中只含同一河段的變量，使采用隱式差分法離散而成的系數(shù)矩陣仍然保持帶狀特征，物理上相互聯(lián)系的河段在數(shù)值上相對獨立，從而能夠運用帶狀矩陣求解出河段變量，并通過迭代校正結構物下側水位實現(xiàn)結構物兩側流量相等。本發(fā)明與傳統(tǒng)的單一河道求解河流水動力條件的方法相比，無需大范圍地修改原順序求解河流水動力條件程序，就可以實現(xiàn)多級河道河流水動力條件的快速并行求解，運算過程耗時短，效率高。
文檔編號G06F17/50GK102722611SQ20121017206
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者俞茜, 劉昭偉, 朱德軍, 陳永燦 申請人:清華大學