本發(fā)明涉及水文預(yù)報(bào)，具體涉及一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、河道型水庫是在峽谷處建造攔河壩而形成的水庫，其地形地貌復(fù)雜多變，主河道兩側(cè)沿岸多為崇山峻嶺，除了支流匯流外，徑流還會(huì)從兩岸坡面直接匯入主河道。并且河道型水庫空間跨度較大，匯入河道的水量時(shí)空分布很不均勻，因此難以準(zhǔn)確計(jì)算河道型水庫的入庫流量。

2、目前大多數(shù)水庫的入庫流量是根據(jù)水庫的出庫流量、庫水位等資料，按照靜庫容水量平衡法反算得到。但對(duì)于河道型水庫而言，因水庫水面存在顯著的比降，庫容變化較大，該算法計(jì)算得到的入庫流量過程基本呈鋸齒狀波動(dòng)，甚至為負(fù)值，不能準(zhǔn)確反映真實(shí)的入庫過程?；诓坌盍糠赐品ㄔ淼姆侄螏烊菅菟惴m然一定程度上解決了靜庫容演算計(jì)算結(jié)果波動(dòng)太大的問題，但由于河道型水庫沿程流量資料少，導(dǎo)致分段庫容法分段數(shù)量不足，計(jì)算結(jié)果仍存在較大誤差，無法科學(xué)模擬預(yù)測(cè)水庫動(dòng)庫容、壩前水位及入庫流量的變化過程。

3、隨著遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，水文水動(dòng)力建模數(shù)據(jù)逐漸累積，滿足水文水動(dòng)力高精度耦合建模的需求。通過耦合分布式水文模型與一維水動(dòng)力學(xué)模型，能夠準(zhǔn)確把握河道型水庫不同區(qū)域暴雨洪水的時(shí)空分布特性，為河道型水庫水動(dòng)力建模提供連續(xù)高效的沿程流量輸入。與傳統(tǒng)的分段庫容演算法相比，水文水動(dòng)力耦合模型能夠?qū)⒑拥佬退畮旒?xì)分為數(shù)百個(gè)斷面，減少因斷面分段較少導(dǎo)致的庫容計(jì)算誤差，準(zhǔn)確模擬河道型水庫庫容變化。因此，亟需發(fā)明一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合方法的入庫流量計(jì)算方法，為河道型水庫提供符合實(shí)際情況的入庫流量過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，以解決目前河道型水庫入庫流量計(jì)算精度較低的問題，得到更接近實(shí)際情況的入庫流量過程。

2、為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、步驟1、構(gòu)建水文-水動(dòng)力學(xué)耦合模型；

4、步驟2、基于水文-水動(dòng)力學(xué)耦合模型計(jì)算河道型水庫庫容變化；

5、步驟3、結(jié)合庫容變化及水量平衡法計(jì)算河道型水庫入庫流量。

6、所述步驟1具體為：

7、步驟1-1、收集河道型水庫水文氣象資料、下墊面資料，構(gòu)建分布式水文模型；所述分布式水文模型根據(jù)流域的氣象數(shù)據(jù)和地表?xiàng)l件，模擬出每個(gè)柵格單元的徑流和基流；通過匯流方法，輸出河道流量過程；

8、步驟1-2、收集河道型水庫地形地貌及河道斷面資料，構(gòu)建一維水動(dòng)力模型；所述一維水動(dòng)力模型將河道劃分為數(shù)百個(gè)斷面，對(duì)河道中的水流進(jìn)行模擬，輸出各河道斷面水位隨時(shí)間的變化、水深隨時(shí)間的變化和流速隨時(shí)間的變化；

9、步驟1-3、采用分布式水文模型模擬得到的河道流量過程作為一維水動(dòng)力模型的邊界條件，形成水文-水動(dòng)力學(xué)耦合模型；在河道型水庫的主河道采用一維水動(dòng)力模型模擬河道洪水過程。

10、所述步驟2具體為：

11、步驟2-1、由水文-水動(dòng)力學(xué)耦合模型輸出計(jì)算動(dòng)庫容所需要的河道斷面資料，采用水文-水動(dòng)力學(xué)耦合模型的河道斷面劃分方案，將河道劃分為k個(gè)斷面；

12、步驟2-2、對(duì)相鄰兩斷面的過水面積求平均值并乘以斷面間距，得到這兩個(gè)斷面的斷面間水量，計(jì)算公式如下：

13、

14、式中，vn是第n個(gè)斷面到第n+1個(gè)斷面間的斷面間水量，an及an+1是第n個(gè)斷面面積和第n+1個(gè)斷面面積；dn為兩斷面間距；

15、步驟2-3、逐個(gè)完成所有斷面的計(jì)算后，將所有的斷面間水量累加得到該時(shí)段的水庫瞬時(shí)庫容值，該庫容值隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化，計(jì)算公式如下：

16、v＝v1+v2+…+vk

17、式中，v是水庫瞬時(shí)庫容值，v1,v2,…,vk是斷面間水量；

18、步驟2-4、計(jì)算相鄰時(shí)刻水庫瞬時(shí)庫容值，二者做差得到時(shí)段內(nèi)的水庫庫容變化δv，計(jì)算公式如下：

19、δv＝vt2-vt1

20、式中，vt1是時(shí)刻1的水庫庫容瞬時(shí)值，vt2是時(shí)刻2的水庫庫容瞬時(shí)值，δv是時(shí)段內(nèi)水庫庫容變化值。

21、所述步驟3具體為：

22、基于水量平衡原理，將水文-水動(dòng)力耦合模型輸出的壩前流量作為河道型水庫的出庫流量，采用出庫流量以及庫容變化定義入庫流量，將某個(gè)時(shí)段的出庫流量與時(shí)段內(nèi)庫容變化的加和作為該時(shí)段的入庫流量；計(jì)算公式如下：

23、

24、式中，qin為入庫流量；qout為出庫流量；δv為庫容變化；t為庫容變化對(duì)應(yīng)時(shí)段。

25、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明圍繞河道型水庫入庫流量計(jì)算精度低的難題，基于水文-水動(dòng)力學(xué)方法，結(jié)合動(dòng)庫容及水量平衡方程的特點(diǎn)，提出了能夠精確計(jì)算河道型水庫入庫流量的方法，其原理簡(jiǎn)單，方法新穎，且能夠解決當(dāng)前河道型水庫入庫流量計(jì)算因未考慮動(dòng)庫容而導(dǎo)致精度差的問題，為河道型水庫入庫流量計(jì)算提供更加有效且符合實(shí)際情況的方法。

技術(shù)特征：

1.一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3具體為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于水文預(yù)報(bào)技術(shù)領(lǐng)域，公開一種基于水文水動(dòng)力學(xué)耦合的河道型水庫入庫流量計(jì)算方法。首先，構(gòu)建水文?水動(dòng)力學(xué)耦合模型，包括分布式水文建模和一維水動(dòng)力建模。其次，由水文水動(dòng)力學(xué)耦合模型提供河道斷面資料，計(jì)算河道型水庫的庫容變化。最后，根據(jù)庫容變化和耦合模型輸出的出庫流量，采用水量平衡法計(jì)算河道型水庫入庫流量。本發(fā)明結(jié)合水文水動(dòng)力學(xué)耦合模型計(jì)算河道型水庫動(dòng)庫容，能夠準(zhǔn)確的反映動(dòng)庫容變化，為河道型水庫入庫流量計(jì)算提供一種準(zhǔn)確可靠的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：葉磊,歐陽文宇,初京剛,顧學(xué)志,李曉陽,趙亮,馬昊然
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6