[發(fā)明專利]一種計算水庫回水范圍的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111396090.7
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114169047A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)國良;周曼;胡挺;劉濤;肖揚(yáng)帆;胡騰騰;張松;時玉龍;王飛龍;譚政宇;郭率
• 申請（專利權(quán)）人: 中國長江三峽集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 焦磊

本發(fā)明公開一種計算水庫回水范圍的方法，它包括收集水庫相應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)圣維南方程組原理，開發(fā)適用于當(dāng)前河網(wǎng)結(jié)構(gòu)一維洪水演進(jìn)模型；根據(jù)場次洪水中實際壩前運(yùn)用水位情況，將水位過程中每個水位值減小一個固定值，運(yùn)用上述洪水演進(jìn)模型，為水庫計算一組虛擬水面線變化過程；根據(jù)場次洪水過程數(shù)據(jù)，選擇庫區(qū)最高水面線和對應(yīng)的時刻，與同一時刻的虛擬水面線進(jìn)行比較，二者水位的差值小于一個給定的值的位置，自壩址至回水末端的區(qū)間為回水影響范圍；本發(fā)明能夠降低對建庫前天然河道水文資料的依賴；在大洪水條件下的適用性好，能夠擴(kuò)展傳統(tǒng)方法的覆蓋面；計算精度較傳統(tǒng)方法高，能夠為大型水庫或梯級水庫的防洪、興利調(diào)度決策提供技術(shù)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水庫運(yùn)行控制領(lǐng)域，具體涉及一種計算水庫回水范圍的方法。

背景技術(shù)

水庫回水是指大壩建成以后，水流到達(dá)大壩后遇到阻擋而回流，造成大壩上游的地區(qū)水位升高，回水的最末端到大壩的區(qū)間稱為回水范圍。由于水庫的水情時刻都在發(fā)生變化，尤其是汛期，在一個場次洪水中，回水末端的位置是動態(tài)的，計算水庫的回水末端對于判斷場次洪水的影響范圍、決策水庫的調(diào)度方案均有重要作用。

計算場次洪水的回水末端，傳統(tǒng)方法通常根據(jù)其定義“洪水的庫區(qū)回水曲線與天然水面線差值小于規(guī)定數(shù)值的地點作為回水末端”，通過對比當(dāng)前場次洪水與建壩前天然狀態(tài)下的類似洪水的水面線，尋找差值小于規(guī)定數(shù)值的位置作為回水末端。這種方法有諸多的局限性：

(1)一般情況下，水庫建壩前的天然狀態(tài)時的水文資料偏少，水文(位)站數(shù)量有限，水面線的準(zhǔn)確性不高，難以支撐計算回水末端的需求，因此得到的結(jié)果通常比較粗糙；

(2)計算水庫回水范圍主要是為了應(yīng)對較大的場次洪水情況，大洪水在歷史上發(fā)生的頻率本來就相對稀少，很難在水庫建壩前的歷史資料中找到與當(dāng)前場次洪水非常相似的情況，尤其對于非常罕見的大洪水。

基于上述原因，推求水庫的回水末端，特別是大型水庫，一直是業(yè)界的技術(shù)難點。我國長江流域三峽水庫庫區(qū)從壩址至朱沱全長約757km，庫區(qū)回水范圍對防洪、發(fā)電、航運(yùn)和水資源調(diào)度都有顯著的影響，但是對于特大洪水回水范圍的確定依然采用傳統(tǒng)方法，其結(jié)果通常不夠精確，不能完全滿足實際應(yīng)用需求。因此，針對計算水庫回水范圍這一技術(shù)難題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種計算水庫回水范圍的方法，以解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法受歷史資料和相似洪水案例匱乏的影響，其適用的洪水類型有限，計算的精度也不高，且引起這些不足的原因難以克服的技術(shù)問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是：一種計算水庫回水范圍的方法，它包括以下步驟，

步驟1：收集水庫所在河網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、河網(wǎng)內(nèi)干支流的斷面地形資料、上游流量入口位置、支流到干流的匯入口位置、以及場次洪水中干支流上游入口流量過程和水庫壩前運(yùn)用水位過程；

步驟2：根據(jù)圣維南方程組原理，運(yùn)用普列斯曼四點差分格式離散方程，開發(fā)適用于當(dāng)前河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一維洪水演進(jìn)模型；

步驟3：根據(jù)場次洪水中實際壩前運(yùn)用水位情況，將水位過程中每個水位值減小一個固定值，河網(wǎng)中各入口流量不變，運(yùn)用上述洪水演進(jìn)模型，為水庫計算一組虛擬水面線變化過程；

步驟4：根據(jù)場次洪水過程數(shù)據(jù)，選擇庫區(qū)最高水面線和對應(yīng)的時刻，與同一時刻的虛擬水面線進(jìn)行比較，二者水位差值小于一個給定的ξ(ξ0，具體值因水庫不同有所差別)的位置即為該場次洪水的回水末端，自壩址至回水末端的區(qū)間為回水影響范圍。

優(yōu)選地，所述步驟2還包括：

步驟2.1：根據(jù)普列斯曼四點差分格式，將圣維南方程組中的微分使用微商代替，形成離散的非線性方程組，采用泰勒公式對非線性項進(jìn)行展開使其線性化；