專利名稱：一種水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水庫(kù)調(diào)度領(lǐng)域，特別涉及基于實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線的水庫(kù)蓄水量測(cè)算 方法。
背景技術(shù)：
在水庫(kù)調(diào)度領(lǐng)域中，水庫(kù)蓄水量是所有調(diào)度計(jì)算的基礎(chǔ)，目前國(guó)內(nèi)外主要根 據(jù)壩前水位作為水庫(kù)代表水位，在水位靜庫(kù)容曲線上插值獲得。
水位靜庫(kù)容曲線插值主要基于兩個(gè)假定 一是認(rèn)為水庫(kù)水面是以壩前水位為 基準(zhǔn)點(diǎn)的水平面；二是認(rèn)為水庫(kù)的總蓄水量?jī)H與水庫(kù)壩前水位有關(guān)，呈單值函 數(shù)關(guān)系，即水位靜庫(kù)容曲線。對(duì)于一般的湖泊型水庫(kù)而言，該方法基本可滿足 精度要求，但對(duì)于狹長(zhǎng)的河道型水庫(kù)而言，則偏差4交大，經(jīng)常導(dǎo)致不合理現(xiàn)象， 如在短時(shí)段內(nèi)庫(kù)蓄水量劇烈變化、水量平衡計(jì)算所得入庫(kù)流量呈鋸齒波動(dòng)、入 庫(kù)流量或出庫(kù)流量為負(fù)值等。
究其原因?qū)τ讵M長(zhǎng)河道型水庫(kù)而言，水庫(kù)末端存在不同程度的壅水現(xiàn)象， 與此同時(shí)，由于長(zhǎng)寬比較大，在河道流速影響下，庫(kù)區(qū)上下游存在一定的附加 比降，這與前述的水庫(kù)水平面假設(shè)相矛盾。因此，有必要充分應(yīng)用現(xiàn)代科技手 段，對(duì)傳統(tǒng)的水庫(kù)蓄水量計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種更為準(zhǔn)確的水庫(kù)蓄水量測(cè)算方法，以提高水庫(kù)蓄水量的計(jì)算精度。本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)水面線的水庫(kù)蓄水量測(cè)算方 法，其特征在于，包括以下步驟
1) 水庫(kù)庫(kù)區(qū)根據(jù)地形情況進(jìn)行沿程單元?jiǎng)澐帧?K位遙測(cè)站點(diǎn)布設(shè)和大斷面
地形資料測(cè)量；
2) 各單元根據(jù)大斷面地形資料，依次沿水平方向和高程方向積分得單元水 位蓄水量曲線
n(力 "[z甲0,7， z) — ^鍾(x，凡
其中，(x,力表示單元蓄水區(qū)的任一平面點(diǎn)，x表示橫斷面方向，；;表示
沿流速的縱斷面方向；^(x，y，z)、 &_(義，;;,2)分別表示單元水面高程為-
時(shí)，(x,力處的水面高程與河底高程(m);必表示單元水庫(kù)長(zhǎng)度(—；/(力、
K力分別表示方程 "少,z) = zrf。w (x,_y,z) |v》z的兩個(gè)解[且設(shè)
"力〈K力]，即任一斷面O0處左、右岸水邊的;c值；
3) 根據(jù)水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線對(duì)各單元水位蓄水量曲線進(jìn)行校正，以保證總 水量平衡；
4) 針對(duì)某時(shí)刻，采集庫(kù)區(qū)沿程各水位遙測(cè)站點(diǎn)的水位觀測(cè)值，點(diǎn)繪得庫(kù)區(qū) 實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線；
5) 才艮據(jù)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線確定水庫(kù)上游末端回水點(diǎn)和單元疊加方式
>回水點(diǎn)以上應(yīng)纟見為正常的河道槽蓄量，不計(jì)入水庫(kù)總蓄水量； >對(duì)于受異常波動(dòng)干擾或采集失敗引起的異常水位點(diǎn)，應(yīng)疊加相鄰 單元以屏蔽異常水位；
6) 根據(jù)單元疊加方式確定庫(kù)區(qū)分段方案，合并各分段內(nèi)所有單元水位蓄水 量曲線得各分段水位蓄水量曲線k(z)=x r " 乂勻—^麵"乂 z脾辦=f巧(z)
式中，附表示某分段內(nèi)的單元數(shù)，^(z)為/單元的水位蓄水量曲線；
水量曲線得分段蓄水量，累加各分段蓄水量得水庫(kù)總蓄水量。 本發(fā)明提供的基于動(dòng)態(tài)水面線的水庫(kù)蓄水量測(cè)算方法，立足于水庫(kù)蓄水量 隨沿程水面線動(dòng)態(tài)變化這一實(shí)際情況，通過(guò)實(shí)時(shí)采集庫(kù)區(qū)沿程的遙測(cè)水位獲得 庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)水面線，并根據(jù)單元水體積分原理，充分考慮了庫(kù)區(qū)末端頂托壅水和 沿程附加比降對(duì)水庫(kù)蓄水量的影響，有效提高了水庫(kù)蓄水量計(jì)算精度。


圖1是測(cè)量計(jì)算邏輯流程圖。
圖2是單元?jiǎng)澐旨斑b測(cè)站點(diǎn)布設(shè)示意圖。
圖3是大斷面地形資料示意圖。
圖4是分段疊加示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于動(dòng)態(tài)水面線的水庫(kù)蓄水量測(cè)算方法主要在于提高水庫(kù)蓄水量的 計(jì)算精度，主要由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成單元?jiǎng)澐譁y(cè)算、遙測(cè)水位采集和分段疊加計(jì) 算。邏輯流程如圖1所示。單元?jiǎng)澐譁y(cè)算首先根據(jù)庫(kù)區(qū)地形情況進(jìn)行遙測(cè)站點(diǎn) 布設(shè)及單元?jiǎng)澐?如圖2所示)，然后通過(guò)各單元內(nèi)大斷面地形資料(如圖3所 示)積分獲得各單元水位蓄水量曲線，并以總庫(kù)容曲線為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各單元水位蓄 水量曲線進(jìn)行校正；遙測(cè)水位采集則實(shí)時(shí)采集庫(kù)區(qū)各遙測(cè)站點(diǎn)水位值，按沿程 方向點(diǎn)繪得庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面過(guò)程線；分段疊加計(jì)算首先根據(jù)動(dòng)態(tài)水面線資料確定分段單元疊加方式及分段水位蓄水量曲線，然后按各分段代表水位查算對(duì) 應(yīng)分段蓄水量，最后累加得水庫(kù)總蓄水量。
1. 單元?jiǎng)澐譁y(cè)算
St印l:根據(jù)庫(kù)區(qū)地形情況，在水流方向的主要地形變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)處布置遙測(cè)
水位站點(diǎn)，如圖2的A、 B、 C、 D、 E、 F、 G點(diǎn)； St印2:以各遙測(cè)站點(diǎn)所在對(duì)黃斷面對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)4亍單元?jiǎng)澐?，如圖2所示的AA'、
BB'、 C(y、 DD'、 EE'、 FP、 GG'等斷面； St印3:測(cè)量庫(kù)區(qū)大斷面地形和斷面間距資泮牛，如圖3所示； Step4:假定各大斷面之間的水體為柱體，應(yīng)用積分原理計(jì)算依次各單元水
位蓄水量曲線；
Step5:累加各單元水位蓄水量曲線后與原水位庫(kù)容曲線對(duì)比，可得各單元 水位蓄水量曲線修正系數(shù)，以此對(duì)各單元水位蓄水量曲線進(jìn)行4交正，以 確保各單元水位蓄水量曲線累加后與原水位庫(kù)容曲線保持平衡。
2. 遙測(cè)水位采集
S tep 1:采集庫(kù)區(qū)各水位遙測(cè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)水位；
St印2:沿庫(kù)區(qū)流量方向依次點(diǎn)繪各遙測(cè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)水位，形成庫(kù)區(qū)的實(shí)測(cè)
動(dòng)態(tài)水面線，如圖4的G-F-E-D-C-B-A過(guò)程線； St叩3:根據(jù)庫(kù)區(qū)末端的回水點(diǎn)位置，確定水庫(kù)上游槽蓄水量部分，如圖4
的GG'斷面以上部分； St印4:通過(guò)庫(kù)區(qū)沿程水面線，檢查是否存在7JM立站點(diǎn)采集異常或其他擾動(dòng)
情況，若存在，則可通過(guò)疊加相鄰單元的方式，消除該站點(diǎn)的異常水位
影p向，如圖4的DD'斷面水位異常，應(yīng)合并上下游兩相鄰單元。
3. 分段疊加計(jì)算St印l:根據(jù)庫(kù)區(qū)單元疊加方式確定庫(kù)區(qū)的分段組合，依次疊加各分段對(duì)應(yīng)
單元水位蓄水量曲線，得各分段水位蓄水量曲線，若某分段內(nèi)僅有一個(gè)單元，
則該分段的水位蓄水量曲線即為對(duì)應(yīng)單元的水位蓄水量曲線；
St印2:以庫(kù)區(qū)各分段上下游斷面的實(shí)測(cè)水位平均值作為各分段代表水位； S tep3:根據(jù)各分段代表水位查分段水位蓄水量曲線得各分段蓄水量； Step4:累加庫(kù)區(qū)各分段蓄水量得水庫(kù)總蓄水量。
權(quán)利要求
1.一種水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，包括以下步驟1)水庫(kù)庫(kù)區(qū)根據(jù)地形情況進(jìn)行沿程單元?jiǎng)澐?、水位遙測(cè)站點(diǎn)布設(shè)和大斷面地形資料測(cè)量；2)各單元根據(jù)大斷面地形資料，依次沿水平方向和高程方向積分得單元水位蓄水量曲線<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>W</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>dL</mi></msubsup><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mrow><mi>l</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>r</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msubsup><mo>[</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>up</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>down</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mi>dxdy</mi> </mrow>]]></math></maths>其中，(x，y)表示單元蓄水區(qū)的任一平面點(diǎn)，x表示橫斷面方向，y表示沿流速的縱斷面方向；zup(x，y，z)、zdown(x，y，z)分別表示單元水面高程為z時(shí)，(x，y)處的水面高程與河底高程(m)；dL表示單元水庫(kù)長(zhǎng)度(m)；l(y)、r(y)分別表示方程<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>z</mi> <mi>up</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>down</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mo>|</mo> <mrow><mo>&ForAll;</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi> </mrow></msub> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009101818950002C2.tif" wi="59" he="5" top= "126" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>的兩個(gè)解[且設(shè)l(y)＜r(y)]，即任一斷面(y)處左、右岸水邊的x值；3)根據(jù)水庫(kù)的水位庫(kù)容曲線對(duì)各單元水位蓄水量曲線進(jìn)行校正，以保證總水量平衡；4)針對(duì)某時(shí)刻，采集庫(kù)區(qū)沿程各水位遙測(cè)站點(diǎn)的水位觀測(cè)值，點(diǎn)繪得庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線；5)根據(jù)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線確定水庫(kù)上游末端回水點(diǎn)和單元疊加方式 id="icf0003" file="A2009101818950002C3.tif" wi="3" he="3" top= "204" left = "41" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>回水點(diǎn)以上應(yīng)視為正常的河道槽蓄量，不計(jì)入水庫(kù)總蓄水量； id="icf0004" file="A2009101818950002C4.tif" wi="3" he="3" top= "215" left = "41" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>對(duì)于受異常波動(dòng)干擾或采集失敗引起的異常水位點(diǎn)，應(yīng)疊加相鄰單元以屏蔽異常水位；6)根據(jù)單元疊加方式確定庫(kù)區(qū)分段方案，合并各分段內(nèi)所有單元水位蓄水量曲線得各分段水位蓄水量曲線<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>V</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub><mi>dL</mi><mi>i</mi> </msub></msubsup><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mrow><msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msubsup><mo>[</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>up</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>down</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dxdy</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>W</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中，m表示某分段內(nèi)的單元數(shù)，Wi(z)為i單元的水位蓄水量曲線；7)以各分段上下游斷面水位均值作為各分段代表水位，查對(duì)應(yīng)分段水位蓄水量曲線得分段蓄水量，累加各分段蓄水量得水庫(kù)總蓄水量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，水庫(kù)應(yīng)根據(jù)地形情況進(jìn)行庫(kù)區(qū)單元?jiǎng)澐?、水位遙測(cè)站點(diǎn)布設(shè)及大斷面地形資料測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，水庫(kù)各單元可通過(guò)大斷面地形資料積分獲得對(duì)應(yīng)單元的水位蓄水量關(guān)系曲線，并根據(jù)水庫(kù)水位庫(kù)容曲線對(duì)各單元進(jìn)行修正。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，水庫(kù)需采集 庫(kù)區(qū)沿程各水位遙測(cè)站點(diǎn)水位，并點(diǎn)繪成庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，水庫(kù)根據(jù)庫(kù) 區(qū)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線確定回水點(diǎn)和單元疊加方式，以此對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行分段，并疊加 各分段內(nèi)單元水位蓄水量曲線得各分段水位蓄水量曲線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，其特征在于，某時(shí)刻水庫(kù) 總蓄水量應(yīng)根據(jù)庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線確定各分段代表水位，并在各分段水位蓄 水量曲線上插值獲得各分段蓄水量后累加得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水庫(kù)蓄水量的測(cè)算方法，屬于水庫(kù)調(diào)度領(lǐng)域。傳統(tǒng)的水庫(kù)蓄水量以壩前水位作為水庫(kù)代表水位，通過(guò)水位庫(kù)容曲線插值獲得。該方法認(rèn)為水庫(kù)水面是以壩前水位為基準(zhǔn)點(diǎn)的水平面，忽略了庫(kù)區(qū)上游末端的壅水現(xiàn)象和水庫(kù)上下游沿程的附加比降影響。對(duì)于狹長(zhǎng)河道型水庫(kù)而言，水庫(kù)長(zhǎng)寬比非常大，庫(kù)區(qū)上下游附加比降也較大，上游末端壅水明顯，按傳統(tǒng)方法插值所得水庫(kù)蓄水量誤差較大，嚴(yán)重影響了水庫(kù)調(diào)度計(jì)算精度。本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)水面線方法，基于庫(kù)區(qū)采集的實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)水面線資料進(jìn)行積分計(jì)算，包括單元?jiǎng)澐譁y(cè)算、遙測(cè)水位采集和分段疊加計(jì)算三個(gè)環(huán)節(jié)，其中單元?jiǎng)澐譁y(cè)算為核心處理環(huán)節(jié)，遙測(cè)水位采集為數(shù)據(jù)整備環(huán)節(jié)，單元疊加為結(jié)果計(jì)算環(huán)節(jié)。
文檔編號(hào)G01C13/00GK101619972SQ20091018189
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者杰 丁, 唐海華, 王建軍, 宇 趙, 黃春雷 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團(tuán)公司