一种闸门闸后流态的判别方法及系统

本发明涉及流态判别，更具体的说是涉及一种闸门闸后流态的判别方法及系统。

背景技术：

1、水闸是水利工程中常见的建筑物，可用于引水、泄洪、调节流量或水位，满足渠道分水及控制过流要求。实际生产中，灌区内各级渠道主要采用断面设计，包括梯形断面、矩形断面等各种设计情况；目前水闸多采用矩形断面设计，在小型农田梯形渠道中设置矩形闸门的优势在于具有灵活的流量调节能力、结构简单可靠、操作便捷等，且不需要修建闸室、扭面等水工建筑物，大大减少了混凝土用量，降低了工程投资，符合农田灌溉的经济要求。但在大、中型灌区的梯形渠道上会设置梯形闸门，在梯形渠道上设置梯形闸门进行分水和控流时不需要修建闸室和与闸室相连的扭面等附属建筑物，降低了混凝土的用量、施工难度和工程投资。同时，梯形闸门沿竖直方向启闭时底边与侧边的止水均相当于底止水，止水效果好且磨损小。此外，梯形闸门布置时不改变渠道过流断面面积，闸前水流边界清晰，流态平顺，为精准控流提供了条件。

2、然而，流量计算公式是在特定水流流态下推导的，仅适用于自由出流或者淹没出流。对于闸门闸后流态的判断只存在现象上的观察，准确性差且不利于灌区闸门的智能化管理。

3、因此，如何提供一种闸门闸后流态的判别方法及系统，判别梯形闸门在某种工作条件下属于何种流态是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种闸门闸后流态的判别方法及系统，准确判断当前闸门闸后流态，为其应用于灌区提供合理的参考。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种闸门闸后流态的判别方法，包括：

3、获取当前的闸前水深、闸门开度和下游渠道水深数据；

4、当h0≥aht(ht/e)b-1时，判断为自由出流；

5、当ht＜h0＜aht(ht/e)b-1时，判断为淹没出流；

6、其中，a、b为数据拟合得到的常数，e表示闸门开度，h0表示闸前水深，ht表示下游渠道水深。

7、优选的，还包括：获取闸门自由出流以及淹没出流条件下影响流量系数的物理参数；

8、根据所述物理参数计算得到流量系数；

9、定义前比深h0/e和后比深ht/e；

10、绘制流量系数随前比深h0/e和后比深ht/e变化的曲线，

11、对所述曲线中的数据进行拟合得到闸门自由出流和淹没出流的临界条件。

12、优选的，根据所述物理参数计算得到流量系数，包括：

13、获取试验数据，包括不同闸门开度、闸前水深、下游渠道水深和闸门的过闸流量；

14、根据下式计算得到流量系数μ；

15、

16、其中，μ为流量系数，g表示重力加速度，n为闸门出流的过水断面面积，q表示闸门的过闸流量。

17、优选的，定义前比深h0/e和后比深ht/e，包括：

18、所述流量系数μ与影响流量系数μ的物理参数之间的关系表示为：

19、f(μ,e,h0,ρ,g,ν,ht)；

20、其中，ρ表示水的密度，ν表示动力粘滞系数；

21、根据π定理和量纲和谐原理进行分析，得到：

22、

23、优选的，流量系数μ随前比深h0/e和后比深ht/e变化的表达式表示为：

24、

25、优选的，所述闸门自由出流和淹没出流的临界条件表示为：

26、

27、其中，h0max表示闸门自由出流和淹没出流的水深临界值。

28、优选的，一种闸门闸后流态的判别系统，包括：

29、数据获取模块，用于获取当前的闸前水深、闸门开度和下游渠道水深数据；

30、判断模块，用于判断当前闸门闸后流态。

31、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种闸门闸后流态的判别方法及系统，包括：获取当前的闸前水深、闸门开度和下游渠道水深数据；当h0≥aht(ht/e)b-1时，判断为自由出流；当ht＜h0＜aht(ht/e)b-1时，判断为淹没出流；其中，a、b为数据拟合得到的常数，e表示闸门开度，h0表示闸前水深，ht表示下游渠道水深。本发明能够准确判断当前闸门闸后流态，进行闸后流态的实时监测和分析，可以更准确地控制闸门的启闭，从而优化水流的分配和调节。这有助于提高水资源的利用效率，确保灌溉需求得到满足。在自由出流情况下，智能化管理的关键在于确保水流的平稳和安全。在淹没出流情况下，智能化管理的重点是防止下游洪水灾害和保护水闸的结构稳定。

技术特征：

1.一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，还包括：获取闸门自由出流以及淹没出流条件下影响流量系数的物理参数；

3.根据权利要求2所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，根据所述物理参数计算得到流量系数，包括：

4.根据权利要求2所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，定义前比深h0/e和后比深ht/e，包括：

5.根据权利要求2所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，流量系数μ随前比深h0/e和后比深ht/e变化的表达式表示为：

6.根据权利要求2所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，所述闸门自由出流和淹没出流的临界条件表示为：

7.一种闸门闸后流态的判别系统，应用权利要求1-6任一项所述的一种闸门闸后流态的判别方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种闸门闸后流态的判别方法，涉及流态判别技术领域，包括：获取当前的闸前水深、闸门开度和下游渠道水深数据；当H<subgt;0</subgt;≥Ah<subgt;t</subgt;(h<subgt;t</subgt;/e)<supgt;B‑1</supgt;时，判断为自由出流；当h<subgt;t</subgt;＜H<subgt;0</subgt;＜Ah<subgt;t</subgt;(h<subgt;t</subgt;/e)<supgt;B‑1</supgt;时，判断为淹没出流；其中，A、B为数据拟合得到的常数，e表示闸门开度，H<subgt;0</subgt;表示闸前水深，h<subgt;t</subgt;表示下游渠道水深。本发明能够准确判断当前闸门闸后流态，更准确地控制闸门的启闭，从而优化水流的分配和调节，有助于提高水资源的利用效率，确保灌溉需求得到满足。技术研发人员：李琳,孟万尚,赵帅杰,张鲁国受保护的技术使用者：新疆农业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1