CN113326632B - 一种反推水库入库流量过程的优化修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反推水库入库流量过程的优化修正方法，本发明提供的方法允许在一定范围内修正观测水位值，以修正后的入库流量过程变幅最小为目标，建立优化修正模型，然后调用开源混合整数线性规划解算器Cbc进行求解，输出修正后的入库流量过程。本发明提供的优化修正模型物理意义明确，修正后的入库流量过程平滑，又能接近真实的天然入流情况，具有很好的实际应用价值。

Description

一种反推水库入库流量过程的优化修正方法
技术领域
本发明属于水库调度和水文测验领域，具体涉及一种反推水库入库流量过程的优化修正方法。
背景技术
水库入库流量是水库资料整编的一部分，对评估和提高水库运行效益有重要意义。对于没有入库流量观测的水库，根据水量平衡方程反推入库流量过程是常用的做法，即根据水库水位观测计算水库蓄水量变化，加上出库流量得到入库流量。该方法在实际运用中推算的入库流量过程常呈现“锯齿形”，甚至出现负值。即便计入蒸发和渗漏等水量损失，也不能改善上述问题。出现上述问题的根本原因是：受观测设备的精度、动库容、闸门启闭、风浪等因素的影响，观测的水位值不能准确反应水库的实际蓄水量。对于大中型水库，即便是0.01m的水位差，其对应的库容也是巨大的，因此导致直接反推的入库流量过程不合理。
发明内容
本发明针对直接反推入库流量过程不合理这一实际问题，基于观测水位值不能准确反应水库实际蓄水量这一客观原因，提供一种反推水库入库流量过程的优化修正方法，具体采用以下的技术方案：
一种反推水库入库流量过程的优化修正方法，其特征在于，包括以下步骤：将水库水位监测值和出库流量监测值输入优化修正模型，调用混合整数线性规划解算器Cbc求解后输出修正后的入库流量过程；
所述优化修正模型的目标函数为
Figure BDA0003122982370000011
其中，
Figure BDA0003122982370000012
和
Figure BDA0003122982370000013
分别表示修正后的相邻时段入库流量的增加量或减少量，在最小目标下，二者至少一个为0；
所述优化修正模型的约束条件包括：相邻时段的流量与变幅关系、允许的水位修正范围、水量平衡关系、水位-库容关系和非负约束；
所述相邻时段的流量与变幅关系具体为
Figure BDA0003122982370000014
其中，Qt′是修正后的时段平均入库流量；
所述允许的水位修正范围具体为-△z≤Zt′-Zt≤△z，其中，Zt和Zt′分别是修正前后的时刻水位，△z表示允许的修正范围，为0.01m～0.02m；
所述水量平衡关系具体为Vt′+1＝Vt′+(Qt′-qt)·△t-△wt，其中，Vt′表示修正后的水位Zt′对应的库容值，qt表示时段平均出库流量，△t表示时段时间长，△wt表示时段水量损失；
所述水位-库容关系具体为Vt′＝fZV(Zt′)，其中fZV表示水库的水位-库容曲线，以离散的水位-库容值表示，采用分段线性建模为混合整数线性规划模型；
所述非负约束具体为上述各变量均取非负值。
其中，△wt表示时段水量损失(实际中可忽略不计)。
本发明的有益效果为：本发明提供的优化修正模型物理意义明确，修正后的入库流量过程平滑，又能接近真实的天然入流情况，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1所示为入库流量优化修正方法的步骤图；
图2所示为优化修正前后的72个时段的三峡水库入库流量数据图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。
实施例1：
选取三峡水库2021/3/20 08:00～2021/3/23 08:00共72个时段(小时)的水位监测值和出库流量监测值，根据水量平衡关系直接反推的入库流量过程如图2实线所示，呈现明显的“锯齿形”，并且出现了5次负值，极为不合理。
运用本发明提供的方法修正入库流量过程的具体步骤如下(如图1所示)：
步骤一、导入2021/3/20 08:00～2021/3/23 08:00共72个时段的三峡水库数据，包括：水库水位监测值Zt和出库流量监测值qt。
步骤二、根据目标函数和约束条件建立优化修正模型，目标函数为
Figure BDA0003122982370000021
其中，
Figure BDA0003122982370000022
和
Figure BDA0003122982370000023
分别表示修正后的相邻时段入库流量的增加量或减少量，在最小目标下，二者至少一个为0；
约束条件包括：相邻时段的流量与变幅关系、允许的水位修正范围、水量平衡关系、水位-库容关系和非负约束；
相邻时段的流量与变幅关系具体为
Figure BDA0003122982370000024
其中，Qt′是修正后的时段平均入库流量；
允许的水位修正范围具体为-△z≤Zt′-Zt≤△z，其中，Zt和Zt′分别是修正前后的时刻水位，△z表示允许的修正范围，为0.02m；
水量平衡关系具体为Vt′+1＝Vt′+(Qt′-qt)·△t-△wt，其中，Vt′表示修正后的水位Zt′对应的库容值，qt表示时段平均出库流量，△t表示时段时间长，△wt表示时段水量损失；
水位-库容关系具体为Vt′＝fZV(Zt′)，其中fZV表示水库的水位-库容曲线，以离散的水位-库容值表示，采用分段线性建模为混合整数线性规划模型；
非负约束具体为上述各变量均取非负值；其中决策变量包括：修正后的水位Zt′和库容Vt′、修正后的入库流量Qt′、相邻时段的入库流量增加量
Figure BDA0003122982370000031
或减少量
Figure BDA0003122982370000032
步骤三、调用开源混合整数线性规划解算器Cbc求解优化修正模型，输出修正后的入库流量过程。
通过本实施例的方法修正得到的入库流量过程如图2虚线所示，该流量过程平滑，无不合理的极小值，变化趋势符合真实的入流情况。在无实测入库流量的情况下，运用本发明修正的入库流量过程可以作为水库的入库流量。
以上所述，只是本发明的一个实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有不同的修改和变化。

Claims (1)

1.一种反推水库入库流量过程的优化修正方法，其特征在于，包括以下步骤：将水库水位监测值和出库流量监测值输入优化修正模型，调用混合整数线性规划解算器Cbc求解后输出修正后的入库流量过程；
所述优化修正模型的目标函数为
Figure FDA0003800274120000011
其中，
Figure FDA0003800274120000012
和
Figure FDA0003800274120000013
分别表示修正后的相邻时段入库流量的增加量或减少量，在最小目标下，二者至少一个为0；
所述优化修正模型的约束条件包括：相邻时段的流量与变幅关系、允许的水位修正范围、水量平衡关系、水位-库容关系和非负约束；
所述相邻时段的流量与变幅关系具体为
Figure FDA0003800274120000014
其中，Q′t是修正后的时段平均入库流量；
所述允许的水位修正范围具体为-△z≤Z′t-Zt≤△z，其中，Zt和Z′t分别是修正前后的时刻水位，△z表示允许的修正范围，为0.01m～0.02m；
所述水量平衡关系具体为V′t+1＝Vt′+(Q′t-qt)·△t-△wt，其中，Vt′表示修正后的水位Z′t对应的库容值，qt表示时段平均出库流量，△t表示时段时间长，△wt表示时段水量损失；
所述水位-库容关系具体为Vt′＝fZV(Zt′)，其中fZV表示水库的水位-库容曲线，以离散的水位-库容值表示，采用分段线性建模为混合整数线性规划模型；
决策变量包括：修正后的水位Z′t和库容Vt′、修正后的入库流量Q′t、相邻时段的入库流量增加量
Figure FDA0003800274120000015
和减少量
Figure FDA0003800274120000016
所述非负约束具体为上述决策变量均取非负值。
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