CN103164628A - 预报水库来流流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预报水库来流流量的方法，本发明属于水利工程技术领域，公开了一种对流量分段预报数据在时间节点上的连续光滑化方法，首先确定所需流量的最小时刻及最大时段，再采用累积求和获得分段预报数据沿区间的积分分布，随后对积分后的数据进行样条插值，获得区间上积分的函数分布，然后对函数在各时求导，即可得到预报来流流量过程线。所述方法操作简单，且能在保证来流总流量不变的情况下，给出连续光滑的流量过程线，可为下泄流量过程线的给定及水力的优化调度提供基础。

Description

预报水库来流流量的方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，涉及一种水库预报来流流量过程线的给定方法。

背景技术

在进行水文来流预报时，受测站数目及人力成本限制，预报流量往往给定的是分时段值，但在实际操作中时段值无法满足实际需要，常常需要逐日或逐时的数据，但这种数据收集起来往往难度较大，因此就需要根据时段值外推所需要各点的数据值，保证来流过程线是连续光滑的。

为合理外推所需来流过程线，常用的方法是将各点数据直接采用对应小区间上的均值进行处理，这种处理方式简单，也满足守恒要求，但无法满足连续性要求，相临区间上的一点有两个数值，点的变化不连续，常常会影响水力调度计算或分析效果；还有一种方法是直接对在区间上对各点进行样条插值，并通过样条插值函数求得外推点的数据，可保证各外推点的连续性，但若重新对各小区间的各点进行统计分析，得到的均值与原准确值相比有一定差距，无法满足守恒要求，因此需要寻找一种方法，即可将分时段预报数据合理外推，也可保证来流过程线守恒性及连续性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种既可将分时段值预报数据合理外推，也可满足数据的守恒性及连续性的要求，使外推来流流量过程线即能不失精度，也可满足技术需要。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

根据本发明的一个方面，提供一种给定水库来流流量过程线的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）首先确定需要给定流量过程的最小时间刻度及所需时长，并以该刻度为基本单位，确定流量过程线的分时区间总数为t，时长区间为(x,x+t)；

2）根据所需时长确定各分时区间的预报流量时段值，并保证预报流量时段包含区间(x,x+t)，即（x-i,x+t+j）；

3）将各流量时段值沿所需时长区间即（x-i,x+t+j）累计求和，得到各分时区间起点对应的积分值；

4）根据各分时区间起点对应的流量积分值，在区间（x-i,x+t+j）上进行三次样条插值；

5）对插值后得到的三次样条曲线在区间(x,x+t)上求导，即可得到所需时段水库来流流量过程线。

根据本发明的另一方面，提供一种精细预报水库来流流量的方法，包括以下步骤：

1）根据本发明的水库来流流量过程线的给定方法确定水库来流流量过程线；以及

2）根据指定点在所述水库来流流量过程线上的坐标值来确定指定点的流量值。

本发明的有益效果是：即可在保障初始预报数据精度的条件下将流量数据合理外推，得到连续光滑的流量过程线，满足数据的守恒性及连续性要求，为水力调度分析计算提供必要条件。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的水库来流流量过程线的给定方法的流程图。

图2是根据图1所示的方法插值得到的累计曲线图。

图3是图1所示的方法生成的数据与初始数据的对比图。

图4是图1所示的方法与其它方法生成数据的对比图。

具体实施方式

实施例1

根据本发明的实现给定水库来流流量过程线的方法，某一河流一年内的流量过程，分时段给定（月），如下表，由于水力调度需要，需要连续光滑的日值资料，且保证1月1日和12月31日的数据相差不大。本实施例采用如下步骤来处理：

表1国内某河流流量月均值

1）首先确定需要给定流量过程的最小时间刻度及所需时长，并以该刻度为基本单位，确定流量过程线的分时区间总数为t，时长区间为(x,x+t)。例如，确定所需外推的时间刻度为天，则一年有365天，相应需要外推点的区间为[1,365]；

2）根据所需时长确定各分时区间的预报流量时段值，并保证预报流量时段包含区间(x,x+t)，即（x-i,x+t+j）。例如，将收集分时段值放在每月1日，并将收集值分别各向前后扩展一个月，即分时段数据的区间为（-31，397）如下表：

表2按天计后各流量均值对应的点

其中分时段值是通过常规方法获得的流量均值（日、月、年等），对应于水库在该时段的平均流量。在该实施例中，分时段值为流量月均值，对应于水库在当月的月平均流量。

在步骤2）中提出预报流量时段应大于所需要时段，主要原因在于“由边界值内插得到边界内值精度较高”，而向外扩展函数预测边界外的值总是比较难以办到，而通过将预报流量时段向前后扩展的方法处理后能保证处理数据的精度和稳定性。

3）将各流量时段值沿所需时长区间即（x-i,x+t+j）累计求和，得到各分时区间起点对应的积分值。例如，将各点沿均值区间累积求和，得到各分时区间起点对应的累积值，如下表：

表3累积求和后各均值区间起点对应的值

其中对分时段流量累积求和是为了确定水库在该累积区间内的累积流量，因此各点的积分值对应于累积流量。例如，如果分时段流量的预报值是入库流量，那就表示累积值为入库流量累积，若为出库流量则为出库流量累积值，该流量累积值的含义由预报流量的实际物理意义确定。

4）根据各分时区间起点对应的流量积分值，在区间（x-i,x+t+j）上进行三次样条插值。例如，根据各点对应的新值，在区间（-31，397）上进行三次样条插值，得附图2所示曲线；

其中，在积分之后进行插值，是为了确保通过本发明的方法确定的各点的累积流量与原始数据相同，因此该方法所获得的实际效果是使平均流量与原始数据相同，从而能够满足“累积流量守恒”与“平均流量守恒”的要求。

5）对插值后得到的三次样条曲线在区间(x,x+t)上求导，即可得到所需时段水库来流流量过程线。例如，对插值后得到的三次样条曲线在区间（1,365）上求导，即可得到所需流量过程线，如图3所示。

根据本发明的另一方面，在通过上述实施例的方法获得流量过程线之后，根据区间（1,365）上各点在所得到的流量过程线上的坐标值，可以确定区间（1,365）上各点多对应的流量值，从而得到日值资料，即一年当中每一天的水库流量值。因此，该方法能够将现有的粗放的流量预报结果（例如月均值）在时间上细化，得到精细的预报结果（例如日值），使得细化之后的预报结果与原预报数据相比，在相应时段的流量均值和累积值都是相同的，并且满足流量数据连续性的要求。

由图3可知，本方法得到的流量过程线光滑，连续，在相应区间求均值后与原时段值数据一致，说明本发明提供的方法准确可靠。图4给出了采用其它方法得到的流量过程线，由图可知，在相邻月份流量变化趋势有改变的情况下，本文明所述方法提到的外推数据能更好的反映出流量变化趋势，所得结果明显优于其它方法。

在上述实施例中，为了保证1月1日和12月31日的数据相差不大，在步骤2）和步骤3）中扩展预报流量区间时，采用了周期性的数据，即数据以12个月为周期循环，第n天的数据值与第n+365天的数据值相等。但本发明不限于这种外推方式。本领域技术人员可以采用任意合适的外推方式。例如，可以在扩展区间[-31，0]、[366,397]上可以直接采用当月流量月均值实测数据、历史数据（如往年该月的月均流量）或是预报数据，也可以根据区间[1,365]上的流量月均值采用外插或拟合等数值方法来外推得到扩展区间[-31，0]、[366,397]上的流量月均值数据。

此外，在步骤5中所使用的插值方法不限于三次样条插值。在该实施例中，只要所使用的插值函数的导数在区间（1,365）上两次连续可导，即可保证所得到的日值资料是连续光滑的，例如更高次的（四次、五次等等）样条插值、Hermite插值、其他分段插值、拉格朗日插值等等。甚至，如果只要求所得到的日值资料是连续的，而不要求其曲线光滑，那么只要所使用的插值函数的导数在区间（1,365）上连续可导即可，这时甚至可以使用二次样条插值等较低阶的插值方法。更甚者，也可以不对累积求和后的数据进行插值，而是采用数值逼近对离散的累积求和值进行曲线拟合。

通过本发明的方法，能够对预报出的阶梯状、分时段给定的流量进行处理，使其光滑连续化，从而方便数据的后期使用，因为水文优化调度时常常需要对来流函数进行计算分析，光滑连续函数在使用时要更为简单准确。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种给定水库来流流量过程线的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）首先确定需要给定流量过程的最小时间刻度及所需时长，并以该刻度为基本单位，确定流量过程线的分时区间总数为t，时长区间为(x,x+t)；

2）根据所需时长确定各分时区间的预报流量时段值，并保证预报流量时段包含区间(x,x+t)，即（x-i,x+t+j）；

3）将各流量时段值沿所需时长区间即（x-i,x+t+j）累计求和，得到各分时区间起点对应的积分值；

4）根据各分时区间起点对应的流量积分值，在区间（x-i,x+t+j）上进行三次样条插值；

5）对插值后得到的三次样条曲线在区间(x,x+t)上求导，即可得到所需时段水库来流流量过程线。

2.一种精细预报水库来流流量的方法，包括以下步骤：

1）根据权利要求1所述的方法确定水库来流流量过程线；以及

2）根据指定点在所述水库来流流量过程线上的坐标值来确定指定点的流量值。

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