CN101619972A - 一种水库蓄水量的测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库蓄水量的测算方法，属于水库调度领域。传统的水库蓄水量以坝前水位作为水库代表水位，通过水位库容曲线插值获得。该方法认为水库水面是以坝前水位为基准点的水平面，忽略了库区上游末端的壅水现象和水库上下游沿程的附加比降影响。对于狭长河道型水库而言，水库长宽比非常大，库区上下游附加比降也较大，上游末端壅水明显，按传统方法插值所得水库蓄水量误差较大，严重影响了水库调度计算精度。本发明采用动态水面线方法，基于库区采集的实测动态水面线资料进行积分计算，包括单元划分测算、遥测水位采集和分段叠加计算三个环节，其中单元划分测算为核心处理环节，遥测水位采集为数据整备环节，单元叠加为结果计算环节。

Description

一种水库蓄水量的测算方法

技术领域

本发明属于水库调度领域，特别涉及基于实测动态水面线的水库蓄水量测算方法。

背景技术

在水库调度领域中，水库蓄水量是所有调度计算的基础，目前国内外主要根据坝前水位作为水库代表水位，在水位静库容曲线上插值获得。

水位静库容曲线插值主要基于两个假定：一是认为水库水面是以坝前水位为基准点的水平面；二是认为水库的总蓄水量仅与水库坝前水位有关，呈单值函数关系，即水位静库容曲线。对于一般的湖泊型水库而言，该方法基本可满足精度要求，但对于狭长的河道型水库而言，则偏差较大，经常导致不合理现象，如在短时段内库蓄水量剧烈变化、水量平衡计算所得入库流量呈锯齿波动、入库流量或出库流量为负值等。

究其原因：对于狭长河道型水库而言，水库末端存在不同程度的壅水现象，与此同时，由于长宽比较大，在河道流速影响下，库区上下游存在一定的附加比降，这与前述的水库水平面假设相矛盾。因此，有必要充分应用现代科技手段，对传统的水库蓄水量计算方法进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更为准确的水库蓄水量测算方法，以提高水库蓄水量的计算精度。本发明提供了一种基于动态水面线的水库蓄水量测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)水库库区根据地形情况进行沿程单元划分、水位遥测站点布设和大断面地形资料测量；

2)各单元根据大断面地形资料，依次沿水平方向和高程方向积分得单元水位蓄水量曲线：

$W\left(z\right)={\∫}_0^{\mathrm{dL}}{\∫}_{l\left(y\right)}^{r\left(y\right)}[z_{\mathrm{up}}(x,y,z)-z_{\mathrm{down}}(x,y,z)]\mathrm{dxdy}$

其中，(x，y)表示单元蓄水区的任一平面点，x表示横断面方向，y表示沿流速的纵断面方向；z_up(x，y，z)、z_down(x，y，z)分别表示单元水面高程为z时，(x，y)处的水面高程与河底高程(m)；dL表示单元水库长度(m)；l(y)、r(y)分别表示方程 $z_{\mathrm{up}}(x,y,z)=z_{\mathrm{down}}(x,y,z){|}_{\∀y,z}$ 的两个解[且设l(y)＜r(y)]，即任一断面(y)处左、右岸水边的x值；

3)根据水库的水位库容曲线对各单元水位蓄水量曲线进行校正，以保证总水量平衡；

4)针对某时刻，采集库区沿程各水位遥测站点的水位观测值，点绘得库区实测动态水面线；

5)根据实测动态水面线确定水库上游末端回水点和单元叠加方式：

回水点以上应视为正常的河道槽蓄量，不计入水库总蓄水量；

对于受异常波动干扰或采集失败引起的异常水位点，应叠加相邻单元以屏蔽异常水位；

6)根据单元叠加方式确定库区分段方案，合并各分段内所有单元水位蓄水量曲线得各分段水位蓄水量曲线：

$V\left(z\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_0^{d{L}_i}{\∫}_{l_i\left(y\right)}^{r_i\left(y\right)}[z_{\mathrm{up}}(x,y,z)-z_{\mathrm{down}}(x,y,z)]\mathrm{dxdy}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i\left(z\right)$

式中，m表示某分段内的单元数，W_i(z)为i单元的水位蓄水量曲线；

7)以各分段上下游断面水位均值作为各分段代表水位，查对应分段水位蓄水量曲线得分段蓄水量，累加各分段蓄水量得水库总蓄水量。

本发明提供的基于动态水面线的水库蓄水量测算方法，立足于水库蓄水量随沿程水面线动态变化这一实际情况，通过实时采集库区沿程的遥测水位获得库区实测水面线，并根据单元水体积分原理，充分考虑了库区末端顶托壅水和沿程附加比降对水库蓄水量的影响，有效提高了水库蓄水量计算精度。

附图说明

图1是测量计算逻辑流程图。

图2是单元划分及遥测站点布设示意图。

图3是大断面地形资料示意图。

图4是分段叠加示意图。

具体实施方式

本发明基于动态水面线的水库蓄水量测算方法主要在于提高水库蓄水量的计算精度，主要由三个环节构成：单元划分测算、遥测水位采集和分段叠加计算。逻辑流程如图1所示。单元划分测算首先根据库区地形情况进行遥测站点布设及单元划分(如图2所示)，然后通过各单元内大断面地形资料(如图3所示)积分获得各单元水位蓄水量曲线，并以总库容曲线为标准对各单元水位蓄水量曲线进行校正；遥测水位采集则实时采集库区各遥测站点水位值，按沿程方向点绘得库区实测动态水面过程线；分段叠加计算首先根据动态水面线资料确定分段单元叠加方式及分段水位蓄水量曲线，然后按各分段代表水位查算对应分段蓄水量，最后累加得水库总蓄水量。

1.单元划分测算

Step1：根据库区地形情况，在水流方向的主要地形变化转折点处布置遥测水位站点，如图2的A、B、C、D、E、F、G点；

Step2：以各遥测站点所在横断面对库区进行单元划分，如图2所示的AA′、BB′、CC′、DD′、EE′、FF′、GG′等断面；

Step3：测量库区大断面地形和断面间距资料，如图3所示；

Step4：假定各大断面之间的水体为柱体，应用积分原理计算依次各单元水位蓄水量曲线；

Step5：累加各单元水位蓄水量曲线后与原水位库容曲线对比，可得各单元水位蓄水量曲线修正系数，以此对各单元水位蓄水量曲线进行校正，以确保各单元水位蓄水量曲线累加后与原水位库容曲线保持平衡。

2.遥测水位采集

Step1：采集库区各水位遥测站点的实测水位；

Step2：沿库区流量方向依次点绘各遥测站点的实测水位，形成库区的实测动态水面线，如图4的G-F-E-D-C-B-A过程线；

Step3：根据库区末端的回水点位置，确定水库上游槽蓄水量部分，如图4的GG′断面以上部分；

Step4：通过库区沿程水面线，检查是否存在水位站点采集异常或其他扰动情况，若存在，则可通过叠加相邻单元的方式，消除该站点的异常水位影响，如图4的DD′断面水位异常，应合并上下游两相邻单元。

3.分段叠加计算

Step1：根据库区单元叠加方式确定库区的分段组合，依次叠加各分段对应单元水位蓄水量曲线，得各分段水位蓄水量曲线，若某分段内仅有一个单元，则该分段的水位蓄水量曲线即为对应单元的水位蓄水量曲线；

Step2：以库区各分段上下游断面的实测水位平均值作为各分段代表水位；

Step3：根据各分段代表水位查分段水位蓄水量曲线得各分段蓄水量；

Step4：累加库区各分段蓄水量得水库总蓄水量。

Claims (6)

1.一种水库蓄水量的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)水库库区根据地形情况进行沿程单元划分、水位遥测站点布设和大断面地形资料测量；

2)各单元根据大断面地形资料，依次沿水平方向和高程方向积分得单元水位蓄水量曲线：

$W\left(z\right)={\∫}_0^{\mathrm{dL}}{\∫}_{l\left(y\right)}^{r\left(y\right)}[z_{\mathrm{up}}(x,y,z)-z_{\mathrm{down}}(x,y,z)]\mathrm{dxdy}$

其中，(x，y)表示单元蓄水区的任一平面点，x表示横断面方向，y表示沿流速的纵断面方向；z_up(x，y，z)、z_down(x，y，z)分别表示单元水面高程为z时，(x，y)处的水面高程与河底高程(m)；dL表示单元水库长度(m)；l(y)、r(y)分别表示方程 $z_{\mathrm{up}}(x,y,z)=z_{\mathrm{down}}(x,y,z){|}_{\∀y,z}$ 的两个解[且设l(y)＜r(y)]，即任一断面(y)处左、右岸水边的x值；

3)根据水库的水位库容曲线对各单元水位蓄水量曲线进行校正，以保证总水量平衡；

4)针对某时刻，采集库区沿程各水位遥测站点的水位观测值，点绘得库区实测动态水面线；

5)根据实测动态水面线确定水库上游末端回水点和单元叠加方式：

回水点以上应视为正常的河道槽蓄量，不计入水库总蓄水量；

对于受异常波动干扰或采集失败引起的异常水位点，应叠加相邻单元以屏蔽异常水位；

6)根据单元叠加方式确定库区分段方案，合并各分段内所有单元水位蓄水量曲线得各分段水位蓄水量曲线：

$V\left(z\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_0^{{\mathrm{dL}}_i}{\∫}_{l_i\left(y\right)}^{r_i\left(y\right)}[z_{\mathrm{up}}(x,y,z)-z_{\mathrm{down}}(x,y,z)\mathrm{dxdy}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i\left(z\right)$

式中，m表示某分段内的单元数，W_i(z)为i单元的水位蓄水量曲线；

7)以各分段上下游断面水位均值作为各分段代表水位，查对应分段水位蓄水量曲线得分段蓄水量，累加各分段蓄水量得水库总蓄水量。

2.根据权利要求1所述水库蓄水量的测算方法，其特征在于，水库应根据地形情况进行库区单元划分、水位遥测站点布设及大断面地形资料测量。

3.根据权利要求1所述水库蓄水量的测算方法，其特征在于，水库各单元可通过大断面地形资料积分获得对应单元的水位蓄水量关系曲线，并根据水库水位库容曲线对各单元进行修正。

4.根据权利要求1所述水库蓄水量的测算方法，其特征在于，水库需采集库区沿程各水位遥测站点水位，并点绘成库区实测动态水面线。

5.根据权利要求1所述水库蓄水量的测算方法，其特征在于，水库根据库区实测动态水面线确定回水点和单元叠加方式，以此对库区进行分段，并叠加各分段内单元水位蓄水量曲线得各分段水位蓄水量曲线。

6.根据权利要求1所述水库蓄水量的测算方法，其特征在于，某时刻水库总蓄水量应根据库区实测动态水面线确定各分段代表水位，并在各分段水位蓄水量曲线上插值获得各分段蓄水量后累加得到。

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