案例1-汊口河道的闸门控流与降雨径流仿真计算

1. 案例介绍

河道经汊口分为两条支流，右侧支流经一条连接渠与一蓄水池相连。蓄水池可接纳降雨产生的地表径流。考虑到上游来水可能对该河道的水位产生影响，因此河道主干上装有一节制闸，用于控制水位变化。 本案例模拟闸门开度调整对河道水位、流量的影响，以及蓄水池、降雨径流等对河道中水位流量的影响。

2. 操作说明

2.1 模型结构

创建一维工程后进入一维仿真界面。

将本案例所需组件拖入中间栏： 首先拖入一个河道起点组件，一个河道汊口组件，两个河道终点组件。将组件按照图中编号顺序连接起来，形成三条河道。

再拖入一个闸门组件，连接到河道1上。

然后拖入一个蓄水池组件，将蓄水池组件连接到河道3上。之后拖入一个降雨径流组件，再次按住拖动降雨径流组件靠近蓄水池组件，可以看到蓄水池组件外框变绿，将降雨径流组件连接到蓄水池组件上。连接成功后会有动态虚线连接蓄水池和降雨径流组件。 连接完成后，拖入一个渠道组件，作为蓄水池和河道之间的连接器，将渠道组件拖动到河道和蓄水池之间的蓝线上，蓝线变绿表示可以连接，松开组件，渠道组件挂在蓝线上，连接成功。 点击保存。

2.2 边界设置

点击河道起点，右侧出现参数配置栏“边界信息”。 按图中参数设置边界，边界类型：流量随时间变化，变化表格填写0s流量0m^3/s，3600s流量20m^3/s，7200s流量50m^3/s。

点击河道终点，配置边界信息。两个河道的边界信息内容相同。 按图中参数设置边界，边界类型：水位随时间变化，变化表格填写0s水位2m，7200s水位2m。 点击保存。

2.3 汊口设置

点击河道汊口，配置汊口信息。

点击保存。

2.4 河道设置

点击河道1，配置河道的断面数据。一条河道至少有两个断面，因此先配置上游的断面1，设置断面里程为0，填写断面数据表单，参考下表。

可设置断面最左端和最右端分别为左岸和右岸。由于本此案例中河道断面不包括漫滩，也可以不手动设置左岸右岸。设置好的断面可以从表单下方的图表中预览。

三条河道，每个河道对应两个断面，6个断面，断面截面相同，断面里程参考下表。

点击保存。

2.5 水工建筑物设置

2.5.1 闸门

点击闸门，配置闸门信息。选择闸门所在里程为500m，失效水位设置为10m，闸门宽度100m，流量系数保持为1默认值。 填写闸门开度随时间变化表单。

闸门开度变化可从下方预览。 点击保存。

2.5.2 蓄水池

点击蓄水池，配置蓄水池参数。设置蓄水池初始水位为1m，参照图中数据填写蓄水池体积结构表单，蓄水池表面积恒定100m2，体积随高度上升而变大。

设置降雨径流随时间变化，进入蓄水池的水量从0~7200s恒定为10m^3/s。

再设置渠道的参数，渠道连接的是河道与蓄水池，渠道宽度2m，平均底部高程0.5m，长度5m，粗糙度（strickler关系）50，所在里程2500m。 点击保存。

3.模型参数

点击仿真参数，进入模型参数配置界面。

3.1 基础信息

作业名称和计算内核不需要修改，保持为亚稳态计算。

3.2 时间步&资源配置

结果写入时间步间隔和日志写入时间步间隔都设置为60s。时间步长修改为1s，最大时间约束值设置为7200s。

3.3 物理模型

假设整个河道内部比较顺畅，给一个底部均匀的strickler摩擦系数50，填写该摩擦系数到三个河道的每一个断面，主槽和漫滩都填写50。

3.4 初始信息

配置河道初始信息，首先配置河道1，填入河道1两个断面的里程，设置初始水位2m，初始流量为0m^3/s。 再点击2，配置河道2，同样填入河道2对应两个断面的里程，初始水位和初始流量设置与河道1相同。河道3同理。点击保存

3.5 网格部分

保持默认即可。

3.6 结果配置

设置展示方式为：全部虚拟断面。

3.7 仿真计算

全部配置完成后，点击保存，并提交计算。

4. 结果展示

4.1 连接器

计算完成后进入结果界面，连接器交换流量与交换流速如下图所示。连接器起点为河道终点为蓄水池，因此如图所示流量数值为负，因此蓄水池中有水流入河道内。

4.2 蓄水池

如图所示，蓄水池从0时刻起持续接纳降雨径流，有渠道和河道保持连接，水位基本保持在2.1m左右。

4.3 河道

点击切换到河道结果界面，可以调整显示方式，例如点击时间调整所展示的时刻，下方图表展示的则是河道1从起点至终点的各结果变化。点击时间按钮，再将时刻调至6000s之后，点击断面水深取消选中，再点击断面水位来展示结果。可以看到在里程为500处设置的闸门对水位的影响作用。由于设置了下游水位恒定2m，因此闸门上下游水位相差并不大。 再下滑到河道3结果处，参考图中，将时刻定再1740s左右，只选中主槽流量。可以看到在蓄水池用渠道与河道连接的里程处，由于渠道有持续向河道输入的流量，因此，河道主槽流量从0.9m^3/s左右上升到10.9m^3/s左右，对应了10m^3/s输入到蓄水池的降雨径流量。