本發(fā)明涉及信息，尤其涉及水庫預報調(diào)度一體化方法。

背景技術：

1、水庫在流域防洪、供水保障、灌溉、發(fā)電和生態(tài)保護和景觀價值等方面發(fā)揮著重要的作用。

2、然而，傳統(tǒng)水庫水域空間管理方式存在覆蓋度不全、調(diào)度運行決策能力不足、人力資源浪費等問題。

3、為了保障水庫的安全穩(wěn)定運行，提升水庫管理的智能化水平和運維效率，本發(fā)明提供一種水庫預報調(diào)度一體化模型，形成水庫空間管理與運行保障整體解決方案。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對水庫空間管理與運行保障問題，提出一種水庫預報調(diào)度一體化方法。

2、本發(fā)明的技術方案是：

3、本發(fā)明提供一種水庫預報調(diào)度一體化方法，包括：

4、s1、根據(jù)dem地形數(shù)據(jù)劃分水庫匯水區(qū)域的匯水單元；

5、s2、采用水文模型模擬各匯水單元的水文過程，得到各匯水單元的產(chǎn)流量；

6、s3、構(gòu)建水庫上游河道與庫區(qū)的拓撲關系，采用水動力模型基于產(chǎn)流量進行模擬，獲得流量匯入數(shù)據(jù)；

7、s4、構(gòu)建泄洪閘、堰下泄模型，設置水庫調(diào)度方案，計算水庫下泄流量；

8、s5、構(gòu)建水庫庫區(qū)調(diào)蓄模型，獲得預報期的庫區(qū)水位；

9、s6、基于預報期的庫區(qū)水位，推送水庫調(diào)度方案。

10、進一步地，所述s1中根據(jù)dem地形數(shù)據(jù)劃分水庫匯水區(qū)域的匯水單元，包括：

11、對dem數(shù)據(jù)進行預處理，采用d8算法進行流向分析，通過累積流分析計算匯水面積，并根據(jù)設定的閾值劃分匯水單元，提取各單元的地形與幾何特征數(shù)據(jù)。

12、進一步地，所述s2中采用水文模型模擬各匯水單元的產(chǎn)匯流過程，得到水庫上游河道和庫區(qū)的流量匯入數(shù)據(jù)，包括：

13、s21、結(jié)合土地利用類型，將土壤下墊面區(qū)分為水面、建筑用地和旱地；

14、s22、當下墊面類型為旱地（可透水，包括林地、草地或其他旱地）；

15、若土壤處于非飽和滲流狀態(tài)時，采用下述公式計算土壤下滲量：

16、；中 i為降雨強度（mm/hr）；

17、若土壤飽和形成穩(wěn)定滲流后，計算土壤下滲率，采用下述公式得到每個時間步的土壤下滲量；

18、

19、其中： f p為下滲能力，單位mm/hr，， k s為下滲傳導率，單位mm/hr， m d為初始飽和差（體積/體積）， s av為土壤平均基質(zhì)吸力（mm）， f為土壤初始下滲量（mm）， t為計算時長。

20、s23、當下墊面類型為水面、建筑用地，采用固定徑流系數(shù)計算產(chǎn)流量：

21、；

22、式中： ψ為固定徑流系數(shù)， s 0為初期損失；

23、當下墊面類型為旱地，采用下述公式計算產(chǎn)流量：

24、

25、式中： p為降雨量， e為蒸發(fā)量， s為損失， q為產(chǎn)流量，單位均為mm。

26、進一步地，所述s3包括：

27、s31、通過河網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)與匯水單元邊界進行疊加，建立拓撲連接關系；

28、s32、將所述各匯水單元的產(chǎn)流量作為側(cè)向入流或上游入流，通過一維水動力學模型獲得流量匯入數(shù)據(jù)。

29、進一步地，所述s32具體包括：

30、若匯水單元內(nèi)部存在河網(wǎng)或位于庫區(qū)，則將該匯水單元的產(chǎn)流量作為側(cè)向入流；

31、若匯水單元內(nèi)部不存在河網(wǎng)或位于庫區(qū)以外，則查找與該匯水單元相連接的下游單元，依據(jù)所述拓撲連接關系將該匯水單元的產(chǎn)流量作為下游匯水單元的上游入流；

32、將各匯水單元的入流情況作為邊界條件，采用一維水動力學模型獲得水庫上游河道和庫區(qū)的流量匯入數(shù)據(jù)。

33、進一步地，所述s4包括：

34、獲取泄洪閘參數(shù)信息，判斷過流狀態(tài)為孔流或堰流；

35、計算流量，對孔流和堰流計算出的流量進行加權平均化處理，得到最終的泄洪閘下泄流量。

36、進一步地，所獲取泄洪閘、堰參數(shù)信息，判斷過流狀態(tài)為孔流或堰流具體為：

37、獲取閘上水深 h u、閘上總水頭 h0、閘下水深 h d、閘門開度 e參數(shù)信息；

38、當水庫泄流無閘門控制，判斷為自由堰流；

39、當 e/ h u＞0.65時，判斷為堰流；反之為孔流；

40、當 h d/ h0＞0.8時，則判斷為淹沒出流；反之為自由出流；

41、當 e/ h u＞0.60時，對孔流和堰流計算出的流量進行加權平均化處理，使得閘孔出流向堰流出流臨界點，作為最終的泄洪閘下泄流量。

42、通過上述判斷結(jié)果，確定水閘的具體過流狀態(tài)，分為自由孔流、自由堰流、淹沒孔流、淹沒堰流和不出流五種工況，分別計算流量。

43、進一步地，所述s5包括：

44、獲取水庫庫區(qū)的地形高程信息；

45、建立水庫庫區(qū)調(diào)蓄模型，求解調(diào)蓄差分方程，獲得預報期的庫區(qū)水位 z：

46、式中：∑ q為調(diào)蓄區(qū)域流入流出的流量代數(shù)和， q o代表水庫下泄流量， q i代表入庫流量， q e代表損失流量，包括蒸散發(fā)因素； a( z)為水位對應的調(diào)蓄區(qū)域面積； t為時間。

47、進一步地，s6包括：

48、根據(jù)預報期的庫區(qū)水位，判斷是否需要調(diào)整泄洪閘泄量，若需要則基于聚類分析與歐式距離匹配最優(yōu)調(diào)度方案，進行推送；

49、具體為：采用k-means聚類算法對水庫歷史調(diào)度方案進行聚類，得到不同類型的典型調(diào)度方案；

50、將當前預報期的庫區(qū)水位與各典型調(diào)度方案的水位進行比較，通過計算歐式距離，找出與當前水位最接近的備選調(diào)度方案。

51、進一步地，該方法還包括：選取典型洪水事件的降雨、水位、流量的觀測資料，進行水文模型參數(shù)的率定，包括：采用nash-sutcliffe系數(shù)和決定系數(shù)r2作為評價指標，通過調(diào)整水文模型產(chǎn)匯流參數(shù)和河道糙率參數(shù)，使模擬值與實測值的吻合程度達到最優(yōu)。

52、本發(fā)明的有益效果：

53、本發(fā)明公開了一種水庫預報調(diào)度一體化方法，該方法基于dem地形數(shù)據(jù)劃分匯水單元；考慮土地利用類型空間分布差異，采用水文模型模擬產(chǎn)匯流過程；構(gòu)建水庫上游河道與庫區(qū)的拓撲關系，采用水動力模型獲得流量匯入數(shù)據(jù)；構(gòu)建水庫調(diào)蓄模型模擬庫區(qū)水位變化，推送水庫調(diào)度方案。本發(fā)明的方法實現(xiàn)了水庫預報調(diào)度的精確模擬，為防洪減災和水資源優(yōu)化調(diào)度提供了有效工具，具有重要的實用價值。

54、本發(fā)明將產(chǎn)匯流模型與水動力模型緊密耦合，實現(xiàn)降雨-產(chǎn)匯流-水庫調(diào)度全過程模擬；通過典型洪水事件資料率定關鍵參數(shù)，采用nash系數(shù)等指標評估、優(yōu)化模型精度。

55、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后具體實施方式部分予以詳細說明。