[發明專利]一種基于河道測站控制分析的多級水位流量關系確定方法

在審

• 申請號: 201910538030.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110287579A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 劉丙軍;楊子博;邱江潮;譚學志;彭為
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/16;G06F17/12;G01F1/00;G01C13/00;E02B1/02;E02B1/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發明涉及一種基于河道測站控制分析的多級水位流量關系確定方法，包括：S1.基于水流運動規律，通過分析水文測站的水力學屬性和幾何屬性，建立水位流量模型；S2.根據河道實際情況，對復式河道水位變動時的控制階段進行識別和組合，將復式河道等效劃分為多個標準幾何圖形；S3.基于復式河道劃分出的多階段控制，建立相應的控制矩陣并求解出聯合方程。本發明確定的水位流量關系曲線通過對測站水力學屬性和幾何屬性的分析，充分考慮了測站斷面的水流運動規律，使水位流量關系擬合線型的選取更加客觀，擬合參數具有明確的物理意義，且可根據測站特性將水位變幅分成若干段，體現出復式河道水位流量的非線性關系，從而確定不同段擬合參數的合理范圍。

技術領域

本發明屬于水利工程水文測驗領域，更具體地，涉及一種基于河道測站控制分析的多級水位流量關系確定方法。

背景技術

水位流量關系是指水文測站斷面水位與相應流量之間的關系。由于流量測驗技術復雜、耗資昂貴，難以連續進行，在水文資料整編時通常將連續的水位資料，通過水位流量關系曲線轉換為連續的流量資料，因此，水位流量關系曲線具有重要實用意義。

傳統的確定水位流量關系曲線方法需要先根據測站特性確定擬合線型，然后根據測站斷面多次實測水位和其對應流量數據確定擬合參數，由此確定水位流量關系的具體數學方程式。擬合線型常選用冪函數型、多項式型和對數函數型，擬合參數求解則是在確定一定擬合準則后，通過相應算法求解，常用的擬合準則包括殘差平方和最小準則、絕對殘差絕對值和最小準則以及相對殘差絕對值和最小準則，常用的算法包括最小二乘法、遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、混沌算法、混合禁忌搜索算法、人工魚群算法、人工蜂群算法、群居蜘蛛算法、免疫進化算法、差分進化算法等。然而上述方法雖然提出了要根據測站特性選取擬合線型，但實際上擬合線型是根據實測水位流量數據散點的分布形式依靠經驗判斷選取的，沒有基于水流運動規律充分考慮測站的水力學屬性和幾何屬性，以致在對特性不同的水文測站進行水位流量關系曲線擬合時，沒有較為客觀的擬合線型選取方法。且目前常用的單一線法在整個實測水位和流量范圍內采用的是具有一種函數關系的單一線，而當測站的控制條件隨著水位有所改變時，實際水位流量關系在高、中、低水位下不同，使得單一擬合曲線有比較顯著的區間差異，因此企圖用一個函數式來概化其整個水位變幅范圍內的水位流量關系是不科學的，并不符合測站水位流量關系的特性，進而影響到定線與推流的精度及在工程實踐中的應用。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中水位流量關系曲線線型選擇沒有基于水流運動規律充分考慮測站特性從而導致擬合曲線有比較顯著區間差異的缺陷，提供一種基于河道測站控制分析的多級水位流量關系確定方法，通過對測站水力學屬性和幾何屬性的分析，充分考慮了測站斷面的水流運動規律。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于河道測站控制分析的多級水位流量關系確定方法，包括以下步驟：

步驟1：基于水流運動規律，通過分析水文測站的水力學屬性和幾何屬性，建立水位流量模型。

天然河道水文測站控制斷面的過流流量通常用斷面平均流速乘以斷面面積求得，將斷面平均流速及斷面面積分別用水位表示，即可得到流量關于水位表達式的一般形式：

Q＝a(H-b)^c (1.1)

式中Q為流量，H為水位，a為系數，c為指數，b為零流水位。

本發明所構造出的水位流量關系式中的各項參數是根據測站控制特性等信息所決定的，其參數具體表達形式綜合了多個物理量，且本發明所強調的多級水位流量關系確定方法中，根據水位的變化測站控制特性也在隨之發生改變。由于決定斷面流量的兩個關鍵性因素是斷面平均流速與斷面面積，前者取決于測站控制類型，后者取決于斷面形狀，因此需要根據測站控制類型與斷面形狀進一步推導更為詳細的水位流量關系式。本發明將步驟1分四部分說明：測站控制識別、測站水力學屬性分析、測站幾何屬性分析、基于河道測站控制分析的水位流量關系式確定。