CN111125969B - 一种跨水库流域河道径流演算方法和系统 - Google Patents

一种跨水库流域河道径流演算方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种跨水库流域河道径流演算方法和系统，属于水力学与河流动力学领域，所述方法包括：以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；基于划分的河段以及所述河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型；以水库的调度规则连接所述水库上下游的河段模型，结合水量平衡原理，通过迭代计算得到所述跨水库流域河道的径流量。本发明方法考虑了多种因素对河道径流传播的影响，利用调度规则连接河段模型的方式，进行跨水库流域河道径流演算，解决了传统水力学无法跨水库进行径流计算的难题，同时完善了基于一维水动力学模型的河道径流演算方法。

Description

一种跨水库流域河道径流演算方法和系统
技术领域
本发明属于水力学与河流动力学领域，更具体地，涉及一种跨水库流域河道径流演算方法和系统。
背景技术
河道径流量在防洪、供水、发电等水库调度运行管理的各个方面起着重要作用，常用于制定水库调度策略、评估水资源系统的风险、确定各种水力参数等，因此，高精度获取河道径流量具有重大意义。
目前，普遍采用传统的水力学方法(如一维水动力学建模方法)计算河道径流量，但仅适用于河网简单，长度较短的河段。然而实际应用中，由于水工建筑物的隔断，天然河道径流被破坏，洪水传播受人为影响严重，传统的水力学方法仅能在固定条件下模拟河道间水流传播，区间入流考虑不足，无法跨越水库进行河道径流演算，难以适用于跨水库长河段流域，并且求解精度较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种跨水库流域河道径流演算方法和系统，旨在解决现有一维水动力学模型无法应用于跨水库流域河道径流模拟的难题。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种跨水库流域河道径流演算方法，包括以下步骤：
S1：以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；
S2：基于划分的河段以及所述河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型；
S3：以水库的调度规则连接所述水库上下游的河段模型，结合水量平衡原理，通过迭代计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
进一步地，步骤S2所述的方法包括以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以所述河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以所述河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为所述控制体的界面；
S23：基于所述模型边界和所述控制体，将所述河段内干流部分的所有断面串联，将所述可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
其中，所述可选支流为年平均流量与对应的干流年平均流量比值大于预设值的支流。
进一步地，所述方法还包括：将区间入流以源项的方式加入到所述河段模型中；
其中，所述区间入流为所述河段区间内所有支流中除去所述可选支流的其他支流以及区间坡面汇流；
所述区间入流由以下公式计算：
Figure BDA0002336356540000021
其中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure BDA0002336356540000022
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure BDA0002336356540000023
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000024
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000025
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
进一步地，步骤S3所述的方法包括以下步骤：
S31：设定所述跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程；
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和所述坝前水位H′t+1,N+1作为所述河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据所述入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1；
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
S36：以最终迭代结果作为所述河段模型的上下边界，计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
进一步地，所述水库的调度规则表示为：
qt+1,N＝f(Qt,N,Ht,N)
其中，qt+1,N为t+1时刻第N个水库出库流量，Qt,N为t时刻第N个水库入库流量，Ht,N为t时刻第N个水库坝前水位。
进一步地，所述河段模型为一维水动力学模型，所述一维水动力学模型表示为：
Figure BDA0002336356540000041
Figure BDA0002336356540000042
其中，B为断面宽度，η为水位，Q为流量，q为区间入流，A为过水面积，R为水力半径，n为曼宁系数，g为重力加速度，x为河道里程坐标，t为时间。
本发明另一方面提供了一种跨水库流域河道径流演算系统，包括：
河段划分模块，用于以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；
河段模型建立模块，用于基于划分的河段以及所述河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型；
河道径流计算模块，用于以水库的调度规则连接所述水库上下游的河段模型，结合水量平衡原理，通过迭代计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
进一步地，所述河段模型建立模块用于执行以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以所述河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以所述河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为所述控制体的界面；
S23：基于所述模型边界和所述控制体，将所述河段内干流部分的所有断面串联，将所述可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
其中，所述可选支流为年平均流量与对应的干流年平均流量比值大于预设值的支流。
进一步地，所述河段模型建立模块还用于：将区间入流以源项的方式加入到所述河段模型中；
其中，所述区间入流为所述河段区间内所有支流中除去所述可选支流的其他支流以及区间坡面汇流；
所述区间入流由以下公式计算：
Figure BDA0002336356540000051
其中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure BDA0002336356540000052
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure BDA0002336356540000053
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000054
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000055
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
进一步地，所述河道径流计算模块用于执行以下步骤：
S31：设定所述跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程；
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和所述坝前水位H′t+1,N+1作为所述河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据所述入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1；
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
S36：以最终迭代结果作为所述河段模型的上下边界，计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
进一步地，所述水库的调度规则表示为：
qt+1,N＝f(Qt,N,Ht,N)
其中，qt+1,N为t+1时刻第N个水库出库流量，Qt,N为t时刻第N个水库入库流量，Ht,N为t时刻第N个水库坝前水位。
进一步地，所述河段模型为一维水动力学模型，所述一维水动力学模型表示为：
Figure BDA0002336356540000061
Figure BDA0002336356540000062
其中，B为断面宽度，η为水位，Q为流量，q为区间入流，A为过水面积，R为水力半径，n为曼宁系数，g为重力加速度，x为河道里程坐标，t为时间。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的跨水库流域河道径流演算方法，通过划分河段，建立河段模型，再以调度规则连接河段模型的方式，结合水量平衡原理，从而计算得到跨水库流域河道的径流量，综合考虑了天然流域河道跨水库长河段的真实困难，有效解决了传统水力学无法跨水库进行径流计算的难题。
(2)本发明在建立河段模型的过程中，充分考虑了河段内干流、支流、以及区间坡面汇流对河道径流传播的影响，提高了河道径流量求解精度。
附图说明
图1为本发明提供的一种跨水库流域河道径流演算方法的流程图；
图2为2016年朱沱断面实测水位与模拟水位对比图；
图3为2016年寸滩断面实测水位与模拟水位对比图；
图4为2016年朱沱断面实测流量与模拟流量对比图；
图5为2016年朱沱断面实测流量与模拟流量对比图；
图6为2016年黄陵庙断面实测水位与模拟水位对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明一方面提供了一种跨水库流域河道径流演算方法，通过水库调度规则连接一维水动力学模型的方式，实现高精度的跨水库流域河道径流演算。
图1所示为本发明提供的一种跨水库流域河道径流演算方法的流程图，具体包括以下步骤：
S1：以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段。
其中，控制性水库表示具有流量调节能力的水库；河段包括河道干流部分、区间内所有支流以及区间坡面汇流。
S2：基于划分的河段以及河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型；
具体的，包括以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为控制体的界面；
优选地，基于有限体积法以河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为控制体的界面；
S23：基于模型边界和控制体，将河段内干流部分的所有断面串联，将可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
具体的，基于划分的河段，统计分析河段区间内各支流年平均流量，划分流量等级，并与干流年平均流量对比，选取支流年平均流量与干流年平均流量比值大于预设值的支流，作为可选支流，其余支流以及区间坡面汇流则视为区间入流。其中，下文进行模拟实验时，预设值取的10％，实际应用过程中，可以进行相应调整。
具体的，以河段区间上下游水文站的实测径流量相减作为区间入流，并以源项的方式加入到河段模型中，区间入流由以下公式计算：
Figure BDA0002336356540000081
式中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure BDA0002336356540000082
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure BDA0002336356540000083
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000084
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000085
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
需要说明的是，引入错时相减时长因子，是由于不同位置的水流到达同一位置的时间有差异。
需要说明的是，在实际应用过程中，还可以在各边界处加入一个虚拟界面，用以边界条件输入，如此，保证水量平衡，使得河段模型更加精准。
在建立河段模型之后，基于圣维南方程组求解河段模型，本实施例采用的圣维南方程如下：
Figure BDA0002336356540000091
Figure BDA0002336356540000092
式中，B为断面宽度，Q为流量，q为区间入流，A为过水面积，η为水位，R为水力半径，n为曼宁系数，g为重力加速度，x为河道里程坐标，t为时间。
S3：以水库的调度规则连接所述水库上下游的河段模型，结合水量平衡原理，通过迭代计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
其中，水库调度规则可表示为：
qt+1,N＝f(Qt,N,Ht,N)
式中，qt+1,N为t+1时刻第N个水库出库流量，Qt,N为t时刻第N个水库入库流量，Ht,N为t时刻第N个水库坝前水位。
具体的，步骤S3包括以下步骤：
S31：设定跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程。
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和坝前水位H′t+1,N+1作为河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1。
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
具体的，预设阈值可以是0.01m，可以理解的是，当H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值ΔH≤0.01m时，将此时的qt+1,N和H″t+1,N+1作为最终迭代结果，并进行下一控制水库的迭代计算。
需要指出的是，预设阈值可以根据实际应用中不同的水库进行调整。
S36：以最终迭代结果作为河段模型的上下边界，计算得到河道全部断面所有时刻的水位以及流量值。
为了验证本发明的有效性，以向家坝～葛洲坝长河段为例，以控制性水库为分界点，将向家坝～葛洲坝河段分成两个河段模型(分别为向家坝～三峡河段模型和三峡～葛洲坝河段模型)，将三峡水库调度规则连接两个河段模型，连续模拟演算，使用一年实测数据率定验证模型，计算控制断面水位流量过程，统计模型模拟精度。
向家坝～三峡河段模型的部分站点水位及流量模拟结果与实测值对比图如图2至图5所示，模型水位流量模拟精度统计结果如表1所示。
由图2至图5可知，控制站点水位及流量的模拟结果精度较高，与实测值非常接近，确定性系数均在0.9以上。
由表1可知，模型的模拟结果在各水文站模拟均值差一般在10cm以内，模拟峰值差一般在20cm左右。
表1向家坝～三峡模拟精度统计
Figure BDA0002336356540000111
三峡～葛洲坝河段水位模拟结果与实测值对比图如图6所示，模型水位模拟精度统计结果如表2所示。
由表2和图6可知，2016年三峡～葛洲坝河段模型模拟精度较高，分段连续演进结果准确可靠。
表2三峡～葛洲坝模拟精度统计
Figure BDA0002336356540000112
通过上述实测数据与模拟数据的对比，进一步佐证本发明提供的跨水库流域河道径流演算方法具有实际意义。
本发明实施例另一方面提供了一种跨水库流域河道径流演算系统，包括：
河段划分模块，用于以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；
其中，控制性水库表示具有流量调节能力的水库；河段包括河道干流部分、区间内所有支流以及区间坡面汇流。
河段模型建立模块，用于基于划分的河段以及河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型。
河段模型建立模块，还用于执行以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为控制体的界面；
优选地，基于有限体积法以河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为控制体的界面；
S23：基于模型边界和控制体，将河段内干流部分的所有断面串联，将可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
具体的，基于划分的河段，统计分析河段区间内各支流年平均流量，划分流量等级，并与干流年平均流量对比，选取支流年平均流量与干流年平均流量比值大于预设值的支流，作为可选支流，其余支流以及区间坡面汇流则视为区间入流。
具体的，以河段区间上下游水文站的实测径流量相减作为区间入流，并以源项的方式加入到河段模型中，区间入流由以下公式计算：
Figure BDA0002336356540000121
式中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure BDA0002336356540000122
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure BDA0002336356540000123
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000124
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure BDA0002336356540000125
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
需要说明的是，引入错时相减时长因子，是由于不同位置的水流到达同一位置的时间有差异。
需要说明的是，在实际应用过程中，还可以在各边界处加入一个虚拟界面，用以边界条件输入，如此，保证水量平衡，使得河段模型更加精准。
在建立河段模型之后，基于圣维南方程组求解河段模型，本实施例采用的圣维南方程如下：
Figure BDA0002336356540000131
Figure BDA0002336356540000132
式中，B为断面宽度，Q为流量，q为区间入流，A为过水面积，η为水位，R为水力半径，n为曼宁系数，g为重力加速度，x为河道里程坐标，t为时间。
河道径流计算模块，用于以水库的调度规则连接所述水库上下游的河段模型，结合水量平衡原理，通过迭代计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
其中，水库调度规则可表示为：
qt+1,N＝f(Qt,N,Ht,N)
式中，qt+1,N为t+1时刻第N个水库出库流量，Qt,N为t时刻第N个水库入库流量，Ht,N为t时刻第N个水库坝前水位。
具体的，河道径流计算模块，用于执行以下步骤：
S31：设定跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程。
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和坝前水位H′t+1,N+1作为河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1。
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
具体的，预设阈值可以是0.01m，可以理解的是，当H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值ΔH≤0.01m时，将此时的qt+1,N和H″t+1,N+1作为最终迭代结果，并进行下一控制水库的迭代计算。
需要指出的是，预设阈值可以根据实际应用中不同的水库进行调整。
S36：以最终迭代结果作为河段模型的上下边界，计算得到河道全部断面所有时刻的水位以及流量值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种跨水库流域河道径流演算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；
S2：基于划分的河段以及所述河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型，并将区间入流以源项的方式加入到所述河段模型中，其中，以所述河段区间上下游水文站的实测径流量相减作为区间入流；
S31：设定所述跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程；
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和所述坝前水位H′t+1,N+1作为所述河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据所述入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1；
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
S36：以最终迭代结果作为所述河段模型的上下边界，计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
2.根据权利要求1所述的跨水库流域河道径流演算方法，其特征在于，步骤S2所述的方法包括以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以所述河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以所述河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为所述控制体的界面；
S23：基于所述模型边界和所述控制体，将所述河段内干流部分的所有断面串联，将所述可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
其中，所述可选支流为年平均流量与对应的干流年平均流量比值大于预设值的支流。
3.根据权利要求2所述的跨水库流域河道径流演算方法，其特征在于，
所述区间入流由以下公式计算：
Figure FDA0003277419790000021
其中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure FDA0003277419790000022
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure FDA0003277419790000023
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure FDA0003277419790000024
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure FDA0003277419790000025
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
4.根据权利要求1所述的跨水库流域河道径流演算方法，其特征在于，所述水库的调度规则表示为：
qt+1,N＝f(Qt,N,Ht,N)
其中，qt+1,N为t+1时刻第N个水库出库流量，Qt,N为t时刻第N个水库入库流量，Ht,N为t时刻第N个水库坝前水位。
5.根据权利要求1至4任一项所述的跨水库流域河道径流演算方法，其特征在于，所述河段模型为一维水动力学模型，所述一维水动力学模型表示为：
Figure FDA0003277419790000031
Figure FDA0003277419790000032
其中，B为断面宽度，η为水位，Q为流量，q为区间入流，A为过水面积，R为水力半径，n为曼宁系数，g为重力加速度，x为河道里程坐标，t为时间。
6.一种跨水库流域河道径流演算系统，其特征在于，包括：
河段划分模块，用于以控制性水库为分界点，对跨水库流域河道进行划分，确定相邻两个控制性水库之间为一个河段；
河段模型建立模块，用于基于划分的河段以及所述河段区间的断面地形资料，确定模型边界并建立控制体，从而建立河段模型，并将区间入流以源项的方式加入到所述河段模型中，其中，以所述河段区间上下游水文站的实测径流量相减作为区间入流；
河道径流计算模块，用于执行以下步骤：
S31：设定所述跨水库流域河道内各控制性水库的初始坝前水位，以及龙头水库出库流量过程；
S32：以第N+1个水库t时刻的水位，作为第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H′t+1,N+1；
S33：以第N个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N和所述坝前水位H′t+1,N+1作为所述河段模型的上下边界，计算得到第N+1个水库t+1时刻的入库流量Qt+1,N+1；
S34：根据所述入库流量Qt+1,N+1和第N+1个水库t时刻的坝前水位Ht,N+1以及第N+1个水库的调度规则，计算得到第N+1个水库t+1时刻的出库流量qt+1,N+1，再基于水量平衡原理，得到模拟的第N+1个水库t+1时刻的坝前水位H″t+1,N+1；
S35：当ΔH大于预设阈值，则令H′t+1,N+1等于H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的均值，并重复步骤S33～S34；当ΔH小于或等于预设阈值，则进行下一水库的迭代计算，直至河道内所有控制性水库完成计算过程；其中，ΔH为H′t+1,N+1和H″t+1,N+1的差值的绝对值；
S36：以最终迭代结果作为所述河段模型的上下边界，计算得到所述跨水库流域河道的径流量。
7.根据权利要求6所述的跨水库流域河道径流演算系统，其特征在于，所述河段模型建立模块用于执行以下步骤：
S21：基于划分的河段，以上游水库出库流量及可选支流入汇流量作为上边界，以下游水库坝前水位作为下边界，以所述河段内区间流量为内部边界，确定模型边界；
S22：以所述河段内断面作为控制体的中心，以相邻断面的中点处作为所述控制体的界面；
S23：基于所述模型边界和所述控制体，将所述河段内干流部分的所有断面串联，将所述可选支流断面加入到相应位置，从而得到河段模型；
其中，所述可选支流为年平均流量与对应的干流年平均流量比值大于预设值的支流。
8.根据权利要求7所述的跨水库流域河道径流演算系统，其特征在于，
所述区间入流由以下公式计算：
Figure FDA0003277419790000041
其中，上标t表示时间，上标j表示错时相减时长，下标i表示水文站编号，下标z表示可选支流编号，
Figure FDA0003277419790000042
表示t时刻第i个水文站到第i+1个水文站的区间入流，
Figure FDA0003277419790000051
表示t时刻第i+1个水文站实测的干流径流量，
Figure FDA0003277419790000052
表示t-j时刻第i个水文站实测的干流径流量，
Figure FDA0003277419790000053
表示t-j时刻流至第i个水文站实测的z个可选支流的径流量之和。
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