CN108256780A - 一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法 - Google Patents

一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，包括以下步骤：步骤1.收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求；步骤2.确定上游水库下泄流量的初始值、最大及最小值；步骤3.计算下游水库坝前水位；步骤4.计算下游水库库区各断面流量；步骤5.计算下游水库库区回水；步骤6.逐一检验下游水库库区回水是否超过限制线，进行迭代计算或完成计算；本发明采用迭代法多次进行迭代计算，逐步缩小下泄流量的选择域，最终得到满足库区回水控制要求的上游水库下泄流量，能准确反映下游水库水位和库区回水的变化过程，不需要依靠人为经验及估算，计算得到的结果精确、直观、实用。

Description

一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法
技术领域
本发明涉及梯级水库调度技术领域，尤其涉及一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法。
背景技术
水库汛期防洪时，需要充分利用河道的下泄能力，将洪水下泄，以避免占用额外的防洪库容，影响水库防洪效益的发挥。但是当水库下游存在另一个水库，且两水库之间有防洪对象，对下游水库的库区的回水控制水位有要求时，则需要在不淹没下游防洪对象的前提下，尽量将来水下泄。
但是对于这种涉及两个水库防洪联合调度的梯级水库，下游水库的水位受上游水库下泄流量及下游水库的下泄流量影响，库区回水同时受上游水库的下泄流量及下游水库的坝前水位影响，当下游水库存在库区回水水位控制要求时，需要同时考虑下游水库的库水位和上游水库的下泄流量两个因素，而这两个因素是相互影响的。
传统的调度方式将水库调洪和库区回水分开计算，难以准确反映下游水库水位和库区回水的变化过程，需要依靠调度决策人员的经验或者估算，制定水库的调度方案，耗时较长；如果决策方案不够完善，只能依靠调度运行人员的经验进行调度。
因此，如何根据来水流量过程和水位控制要求，在满足下游水库库区回水要求的前提下，快速计算并确定合理的上游水库下泄流量，提高防洪调度决策的科学性和时效性，降低调度人员的工作强度，确保防洪安全，具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
提供一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，以解决传统调度方法将水库调洪和库区回水分开计算，难以准确反映下游水库水位和库区回水的变化过程，需要依靠调度决策人员的经验或者估算制定调度方案，耗时较长以及如果决策方案不完善，只能依靠运行调度人员经验调度的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，包括以下步骤：
步骤1.收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求；
步骤2.确定上游水库下泄流量的初始值、最大值及最小值；
步骤3.计算下游水库坝前水位；
步骤4.计算下游水库库区各断面流量；
步骤5.计算下游水库库区回水；
步骤6.逐一检验下游水库库区回水是否超过限制线，进行迭代计算。
步骤1所述的收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求，所述的基本资料包括上游水库和下游水库库容曲线，上游水库泄流能力曲线，上游水库及下游水库的起调水位，下游水库库区各断面的距坝里程、糙率、回水限制线、不同水位对应的断面面积及水力半径，上游水库来水流量，上下游水库之间的区间流量，下游水库不同时段的安全下泄流量信息；所述的约束条件包括上游水库和下游水库起调水位、下游水库的安全下泄流量。
步骤2所述的确定上游水库下泄流量的初始值、最大值及最小值；
取上游水库下泄流量初始值设置为水库当前水位对应的最大下泄流量的一半，计算式为
取上游水库最小下泄流量minQ为0m3/s，计算式为
minQ＝0m3/s
取上游水库最大下泄流量maxQ为水库当前水位对应的最大下泄流量，计算式为
其中，为上游水库t时段的平均下泄流量，该步骤是起始时刻，即为上游水库下泄流量初始值，为上游水库t时段初的坝前水位，为上游水库的泄流能力曲线，为上游水库当前水位对应的最大下泄流量。
步骤3所述的计算下游水库坝前水位，计算式如下：
其中，为上游水库t时段的平均入库流量；
为t时段上游水库和下游水库之间的平均区间流量；
为下游水库t时段初的库容；
为下游水库的水位库容曲线，由水位计算库容；
为下游水库t+1时段初，即t时段末的库容；
Δt为计算的时间间隔，由上游水库入库流量和区间流量观测值之间的时间间隔确定。
为下游水库t时段的安全下泄流量；
为下游水库的水位库容曲线，由库容计算水位；
为下游水库t+1时段初的坝前水位。
步骤4所述的计算下游水库库区各断面流量Qn，其计算式为：
其中，Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，即距坝里程，D1为上游水库坝址的距坝里程，为上游水库t时段的平均入库流量，为上游水库t时段的平均下泄流量。
步骤5所述的计算下游水库库区回水，还包括以下步骤：
步骤5.1计算断面的河阻比降ifn，计算式为其中nn位断面n的糙率；Rn为断面n的水力半径；
步骤5.2计算断面n的流速vn，计算式为其中Qn为断面n流量，An为断面n的面积；
步骤5.3计算河阻比降的平均值计算式为： 其中ifn为断面n的河阻比降，ifn+1为断面n+1的河阻比降；
步骤5.4计算断面间的河长Δln,n+1，计算式为Δln,n+1＝Dn+1-Dn，其中Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，Dn+1为断面n+1沿河长距离下游水库坝址的距离；
步骤5.5计算断面n和断面n+1的回水水位ΔZ，计算式为
其中，ΔZ为断面n和断面n+1的回水水位；Zn为断面n的回水水位；Zn+1为断面n+1的回水水位；为断面n和断面n+1河阻比降的平均值；Δl为断面n和断面n+1之间的河长；vn为断面n的平均流速；vn+1为断面n+1的平均流速；g为重力常数。
步骤6所述的逐一检验下游水库库区回水是否超过限制线，进行迭代计算或完成计算，包括以下步骤：
步骤6.1对下游水库库区存在库区回水水位控制要求的m个断面，逐一比较步骤5中计算得到的回水水位ΔZ是否大于控制要求水位Zm，确定下游水库下泄流量最大值maxQ与最小值minQ；
步骤6.2根据步骤6.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值均大于0.01，则对上游水库的出库流量重新赋值，回到步骤2重新计算；
步骤6.3根据步骤6.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值均小于等于0.01，则完成计算。
本发明的有益效果：
本发明提供一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，采用迭代法多次进行迭代计算，逐步缩小下泄流量的选择域，最终得到满足库区回水控制要求的上游水库下泄流量，能准确反映下游水库水位和库区回水的变化过程，同时不需要依靠人为经验及估算，更符合实际防洪调度的需要，计算得到的结果精确、直观、实用。
附图说明：
图1为本发明的计算流程图。
具体实施方式：
一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，包括以下步骤：
步骤1.收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求；所述的基本资料包括上游水库和下游水库库容曲线，上游水库泄流能力曲线，上游水库及下游水库的起调水位，下游水库库区各断面的距坝里程、糙率、回水限制线、不同水位对应的断面面积及水力半径，上游水库来水流量，上下游水库之间的区间流量，下游水库不同时段的安全下泄流量信息；所述的约束条件包括上游水库和下游水库起调水位、下游水库的安全下泄流量。
步骤2.确定上游水库下泄流量的初始值、最大值及最小值；上游水库下泄流量的初始值设置为水库当前水位对应的最大下泄流量的一半，计算式为
取上游水库最小下泄流量为0m3/s，即minQ＝0m3/s，最大下泄流量为水库当前水位对应的最大下泄流量，即其中，为上游水库t时段的平均下泄流量，该步骤是起始时刻，即为上游水库下泄流量初始值；为上游水库t时段初的坝前水位；为上游水库的泄流能力曲线，有水库坝前水位计算最大下泄流量；为上游水库当前水位对应的最大下泄流量。
步骤3.计算下游水库坝前水位，计算式如下：
其中，为上游水库t时段的平均入库流量；
为t时段上游水库和下游水库之间的平均区间流量；
为下游水库t时段初的库容；
为下游水库的水位库容曲线，由水位计算库容；
为下游水库t+1时段初，即t时段末的库容；
Δt为计算的时间间隔，由上游水库入库流量和区间流量观测值之间的时间间隔确定。
为下游水库t时段的安全下泄流量；
为下游水库的水位库容曲线，由库容计算水位；
为下游水库t+1时段初的坝前水位。
步骤4.计算下游水库库区各断面流量Qn，其计算式为：
其中，Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，即距坝里程，D1为上游水库坝址的距坝里程，为上游水库t时段的平均入库流量、为上游水库t时段的平均下泄流量。
步骤5.1计算断面的河阻比降ifn，计算式为其中nn位断面n的糙率；Rn为断面n的水力半径；
步骤5.2计算断面n的流速vn，计算式为其中Qn为断面n流量，An为断面n的面积；
步骤5.3计算河阻比降的平均值计算式为： 其中ifn为断面n的河阻比降，ifn+1为断面n+1的河阻比降；
步骤5.4计算断面间的河长Δln,n+1，计算式为Δln,n+1＝Dn+1-Dn，其中Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，Dn+1为断面n+1沿河长距离下游水库坝址的距离；
步骤5.5计算断面n和断面n+1的回水水位ΔZ，计算式为
其中，ΔZ为断面n和断面n+1的回水水位；Zn为断面n的回水水位；Zn+1为断面n+1的回水水位；为断面n和断面n+1河阻比降的平均值；Δl为断面n和断面n+1之间的河长；vn为断面n的平均流速；vn+1为断面n+1的平均流速；g为重力常数。
步骤6.2根据步骤2.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值＞0.01，则对上游水库的出库流量重新赋值，回到步骤2重新计算；
步骤6.3根据步骤2.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值≤0.01，完成计算。

Claims (7)

1.一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1.收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求；
步骤2.确定上游水库下泄流量的初始值、最大值及最小值；
步骤3.计算下游水库坝前水位；
步骤4.计算下游水库库区各断面流量；
步骤5.计算下游水库库区回水；
步骤6.逐一检验下游水库库区回水是否超过限制线，进行迭代计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤1所述的收集上游水库及下游水库的基本资料和约束要求，所述的基本资料包括上游水库和下游水库库容曲线，上游水库泄流能力曲线，上游水库及下游水库的起调水位，下游水库库区各断面的距坝里程、糙率、回水限制线、不同水位对应的断面面积及水力半径，上游水库来水流量，上下游水库之间的区间流量，下游水库不同时段的安全下泄流量信息；所述的约束条件包括上游水库和下游水库起调水位、下游水库的安全下泄流量。
3.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤2所述的确定上游水库下泄流量的初始值、最大值及最小值；
取上游水库下泄流量初始值设置为水库当前水位对应的最大下泄流量的一半，计算式为
取上游水库最小下泄流量min Q为0m3/s，计算式为
min Q＝0m3/s
取上游水库最大下泄流量max Q为水库当前水位对应的最大下泄流量，计算式为
其中，为上游水库t时段的平均下泄流量，该步骤是起始时刻，即为上游水库下泄流量初始值，为上游水库t时段初的坝前水位，为上游水库的泄流能力曲线，为上游水库当前水位对应的最大下泄流量。
4.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤3所述的计算下游水库坝前水位，计算式如下：
其中，为上游水库t时段的平均入库流量；
为t时段上游水库和下游水库之间的平均区间流量；
为下游水库t时段初的库容；
为下游水库的水位库容曲线，由水位计算库容；
为下游水库t+1时段初，即t时段末的库容；
Δt为计算的时间间隔，由上游水库入库流量和区间流量观测值之间的时间间隔确定。
为下游水库t时段的安全下泄流量；
为下游水库的水位库容曲线，由库容计算水位；
为下游水库t+1时段初的坝前水位。
5.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤4所述的计算下游水库库区各断面流量Qn，其计算式为：
其中，Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，即距坝里程，D1为上游水库坝址的距坝里程，为上游水库t时段的平均入库流量，为上游水库t时段的平均下泄流量。
6.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤5所述的计算下游水库库区回水，还包括以下步骤：
步骤5.1计算断面的河阻比降ifn，计算式为其中nn位断面n的糙率；Rn为断面n的水力半径；
步骤5.2计算断面n的流速vn，计算式为其中Qn为断面n流量，An为断面n的面积；
步骤5.3计算河阻比降的平均值计算式为： 其中ifn为断面n的河阻比降，ifn+1为断面n+1的河阻比降；
步骤5.4计算断面间的河长Δln,n+1，计算式为Δln,n+1＝Dn+1-Dn，其中Dn为断面n沿河长距离下游水库坝址的距离，Dn+1为断面n+1沿河长距离下游水库坝址的距离；
步骤5.5计算断面n和断面n+1的回水水位ΔZ，计算式为
其中，ΔZ为断面n和断面n+1的回水水位；Zn为断面n的回水水位；Zn+1为断面n+1的回水水位；为断面n和断面n+1河阻比降的平均值；Δl为断面n和断面n+1之间的河长；vn为断面n的平均流速；vn+1为断面n+1的平均流速；g为重力常数。
7.根据权利要求1所述的一种基于迭代库区回水计算的梯级水库防洪调度计算方法，其特征在于：步骤6所述的逐一检验下游水库库区回水是否超过限制线，进行迭代计算或完成计算，包括以下步骤：
步骤6.1对下游水库库区存在库区回水水位控制要求的m个断面，逐一比较步骤5中计算得到的回水水位ΔZ是否大于控制要求水位Zm，确定下游水库下泄流量最大值max Q与最小值min Q；
步骤6.2根据步骤6.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值均大于0.01，则对上游水库的出库流量重新赋值，回到步骤2重新计算；
步骤6.3根据步骤6.1确定的上游水库下泄流量最大值与最小值，如果最大值与最小值差值均小于等于0.01，则完成计算。
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