CN114861571A - 一种河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质，该方法包括：获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；建立一维水动力模型；求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到多个水面线；基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到第一水面线过程以及第二水面线过程；根据第一水面线过程以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道和湖泊动态边界。通过实施本发明，利用一维水动力模型，得到不同坝前水位和来流流量条件下的水面线变化过程，通过计算分析，得到动态边界范围，解决了传统静态河道和湖泊边界带来的库容不匹配、洪水过程不准确等问题。

Description

一种河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及水库运行调控技术领域，具体涉及一种河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质。
背景技术
大型河道型水库一般坐落在大型河流的干流，往往具有防洪、发电、灌溉、航运等多种功能。随着水库运行条件的变化，其湖泊与河道区的界限影响因素众多，常处于动态变化中。准确识别湖泊与河道的动态边界对水库运行管理和精准调度具有重要现实意义。目前，河道型水库河道和湖泊分区主要通过经验确定，一般以坝前水位为基准，比较库尾断面处河道地形与坝前水位的关系，以区分水库河道和湖泊影响区。
然而，依据水库运行调度管理经验，定性给出大型河道型水库河道和湖泊的固化的静态边界或过渡区间对边界的界定，与实际复杂变化条件下的运行情况存在较大偏差，难以反映出坝前水位与来流条件的变化对河道和湖泊边界的动态影响，水位调度控制精度不足，难以满足精细化调度的现实需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质，以解决现有技术中依据经验确定河道和湖泊的边界与实际运行情况存在较大偏差的技术问题。
本发明提出的技术方案如下：
本发明实施例第一方面提供一种河道型水库动态边界计算方法，包括：获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；建立所述河道型水库的一维水动力模型；求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线；以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程；根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。
可选地，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线，包括：设置相同的特征水位，改变来流流量，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线；设置相同的来流流量，改变特征水位，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线。
可选地，以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程，包括：以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程；以不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
可选地，以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程，包括：分别以正常蓄水位、来流流量最小值及其对应的水面线和正常蓄水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到正常蓄水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程；分别以最低消落水位、来流流量最小值及其对应的水面线和最低消落水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到最低消落水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程。
可选地，以不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程，包括：分别以来流流量最小值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最小值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最小值、特征水位波动条件下的第二水面线过程；分别以来流流量最大值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最大值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最大值、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
可选地，根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界，包括：基于第一水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第一预设值时，确定第一动态边界；基于第二水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第二预设值时，确定第二动态边界；基于所述第一动态边界和所述第二动态边界，确定河道和湖泊动态边界。
可选地，该河道型水库动态边界计算方法还包括：根据所述河道和湖泊动态边界确定河道型水库的永久河道区间、过渡区间和永久水库区间。
本发明实施例第二方面提供一种河道型水库动态边界计算装置，包括：参数获取模块，用于获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；模型建立模块，用于建立所述河道型水库的一维水动力模型；第一求解模块，用于求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线；第二求解模块，用于以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程；边界计算模块，用于根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。
本发明实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的河道型水库动态边界计算方法。
本发明实施例第四方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的河道型水库动态边界计算方法。
本发明提供的技术方案，具有如下效果：
本发明实施例提供的河道型水库动态边界计算方法、装置及存储介质，利用一维水动力模型，得到不同坝前水位和来流流量条件下的水面线变化过程，通过对水面线过程进行计算分析，得到河道、湖泊及其过渡区的动态变化范围，解决了传统静态河道和湖泊边界带来的库容不匹配、洪水过程不准确等问题，为水库的平稳调度和安全运行提供重要技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的河道型水库动态边界计算方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的145m/5000m3/s对应的水面线过程；
图3是根据本发明实施例的145m/50000m3/s对应的水面线过程；
图4是根据本发明实施例的175m/5000m3/s对应的水面线过程；
图5是根据本发明实施例的175m/50000m3/s对应的水面线过程；
图6是根据本发明实施例的145m/5000m3/s对应的来流流量震荡过程；
图7是根据本发明实施例的145m/5000m3/s对应的沿程水面线震荡过程；
图8是根据本发明实施例的5000m3/s/145m对应的水位震荡过程；
图9是根据本发明实施例的145m/5000m3/s对应的沿程水面线震荡过程；
图10是根据本发明实施例的河道型水库动态边界计算装置的结构框图；
图11是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；
图12是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如在背景技术中所述，准确识别大型河道型水库河道和湖泊动态边界，能够为水库安全调度和运行提供支撑。在河道型水库中，河道区水位受来流影响大，水位流量关系较为明显，受坝前水位影响较小；湖泊区水位主要受坝前水位影响，坝前水位变动会以波的形式快速影响到整个湖泊区，水位流量关系散乱，基本无规律。此外，河道与湖泊的泥沙等物质的输运特性也存在显著差异。水流、泥沙等物质的运动特性会随着河道或湖泊的影响发生剧烈且复杂的变化。随着水库库区沿岸工农业的迅速发展和人口规模的迅速增长，水库的实时、精细调度愈来愈关键。
有鉴于此，本发明实施例提供一种河道型水库动态边界计算方法，通过对不同坝前水位和来流过程进行计算分析，得到河道、湖泊及其过渡区的动态变化范围。
根据本发明实施例，提供了一种河道型水库动态边界计算方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种河道型水库动态边界计算方法，可用于电子设备，如电脑、手机、平板电脑等，图1是根据本发明实施例河道型水库动态边界计算方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量。具体地，在对某一河道型水库进行边界计算时，先获取该水库的水库相关参数。例如，确定水库的库区范围为坝前-库尾，水库总长度、正常蓄水位、最低消落水位，同时收集近年来水库的地形断面资料、来流流量、坝前水位等数据。
步骤S102：建立所述河道型水库的一维水动力模型。其中，一维水动力模型可以采用上述获取的水库相关参数，采用圣维南方程进行建立。具体的，该模型的建立过程具体包括如下步骤：
1、选择计算方法。根据计算需要，从恒定流法、非恒定流法、超临界流法当中选择。
2、绘制水动力网络。将天然河道抽象为河段、交汇点、入流节点、出流节点、局部水头损失点、水坝或堰、水库、水库链接等。根据计算需要，绘制出天然河道的水动力网络。
3、绘制河段地形。将一个或多个河段的实际地形分段绘制，设置地形边界、地形离散网格。
4、输入边界条件，包括流量边界、水位边界、自由边界等。
5、根据计算需要，设置网格划分精度。
6、针对非恒定流法、超临界流法设置初始条件，设置初始的水位、流量。
7、设置计算时间步长、计算总时间。
8、设置地形糙率。
9、设置计算输出文件格式、输出内容、输出内容间隔。
在建立该河道型水库的一维水动力模型之后，还可以求解恒定流条件下的一维水动力模型，其中，若无法进行求解，则模型可能存在错误，需要返回检查模型构建过程中的错误。然后在修正之后继续求解，直至能求解得到水库沿程水面线，则此时建立的一维水动力模型正确能够使用。
步骤S103：求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线。
其中，在求解之前，先利用获取的特征水位和来流流量，率定一维水动力模型的断面糙率，对一维水动力模型作参数修正。具体糙率修正包括如下步骤：
1、分段设置初始糙率、糙率变化上下限。
2、输入实测洪水事件数据，包括来流流量、坝前水位、不同断面流量和不同断面水位。
3、设置迭代次数和迭代精度。
4、使用恒定流条件下的一维水动力模型进行校准计算，得到校准后的糙率。
5、若校准后的糙率达到上限或下限，将校准后的糙率作为初始糙率，修改上下限范围，重复2-4步，直至糙率在上下限范围内，完成糙率率定。
在完成模型的参数修正后，则通过设置相同的特征水位或者相同的来流流量，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到对应的水面线。具体地，首先设置相同的特征水位，通过改变来流流量的方式得到多个水面线，例如，先设置特征水位为正常蓄水位，得到正常蓄水位对应的多个来流流量下的水面线；然后设置特征水位为最低消落水位，得到最低消落水位对应的多个来流流量下的水面线。
之后，设置相同的来流流量，通过改变特征水位的方式得到多个水面线。例如，先设置来流流量为来流流量最小值，得到来流流量最小值对应的不同特征水位下的多个水面线；然后设置来流流量为来流流量最大值，得到来流流量最大值对应的不同特征水位对应的多个水面线。
步骤S104：以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
具体地，在步骤S103得到多个水面线后，将这多个水面线对应的特征水位和来流流量作为初始条件，然后设置来流流量波动和特征水位波动，由此求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量波动时的第一水面线过程和特征水位波动时的第二水面线过程。
步骤S105：根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。具体地，由于水库和河道的水面线波动对流量或水位震荡的响应不同，因此，可以综合第一水面线过程和第二水面线过程中的波动振幅衰减过程确定河道型水库的动态边界。
本发明实施例提供的河道型水库动态边界计算方法，利用一维水动力模型，得到不同坝前水位和来流流量条件下的水面线变化过程，通过对水面线过程进行计算分析，得到河道、湖泊及其过渡区的动态变化范围，解决了传统静态河道和湖泊边界带来的库容不匹配、洪水过程不准确等问题，为水库的平稳调度和安全运行提供重要技术支撑。
在一实施方式中，以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程，包括如下步骤：
步骤201：以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程。
具体地，特征水位包括正常蓄水位和最低消落水位。因此，先通过确定特征水位，改变来流流量的方式确定初始条件。首先，分别以正常蓄水位、来流流量最小值及其对应的水面线和正常蓄水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到正常蓄水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程。
然后，分别以最低消落水位、来流流量最小值及其对应的水面线和最低消落水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到最低消落水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程。
步骤202：以不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
具体地，对于河道型水库，其来流流量并不是一个固定值，而是一个变化的范围。因此，为了找到河道型水库的动态边界，可以分别以来流流量最大值和来流流量最小值作为固定来流流量，采用不同的特征水位，计算得到对应的第二水面线过程。
其中，分别以来流流量最小值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最小值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最小值、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
分别以来流流量最大值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最大值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最大值、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
在一实施方式中，根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界，包括如下步骤：
步骤S301：基于第一水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第一预设值时，确定第一动态边界。其中，第一预设值可以预先设置，通过第一水面线过程，找到其衰减至最大波动振幅的第一预设值位置，作为一个动态边界。
步骤S302：基于第二水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第二预设值时，确定第二动态边界。和第一动态边界相同，第二预设值也可以预先设置，并由此确定第二动态边界。
步骤S303：基于所述第一动态边界和所述第二动态边界，确定河道和湖泊动态边界。综合第一动态边界和第二动态边界，可以得到该河道型水库的动态边界。
步骤S304：根据所述河道和湖泊动态边界确定河道型水库的永久河道区间、过渡区间和永久水库区间。其中，永久河道特性即该段水库水面线不受坝前水位变动影响，仅受来流流量变动影响；永久水库特性即该段水库不受来流流量变动影响，仅受坝前水位变动影响。过渡区间即该段水库水面线同时受到坝前水位变动和来流流量变动的影响。由此，从动态边界中能够确定该河道型水库的各个特性区间。
在一实施方式中，以某一河道型水库为例，对该河道型水库动态边界计算方法的流程进行说明：
1、确定某水库库区范围为坝前-库尾，水库总长度756900m；确定坝前水位调节范围，正常蓄水位175m、最低消落水位145m。收集2015年-2022年水库的地形断面资料、来流流量、坝前水位等数据，其中来流流量范围为5000m3/s -50000m3/s。
2、根据步骤1，建立某水库的一维水动力模型。
3、利用特征断面的水位、流量实测数据，率定某水库模型的断面糙率，对一维水动力模型作参数修正；率定结果如表1所示。
表1 某水库一维水动力模型参数修正表
断面编号 距库尾距离/m 糙率值
1 151200 16.8
2 221300 37.7
3 253200 35.2
4 318000 43.2
5 386100 52.5
6 417400 53.4
7 467900 49.9
8 533700 47.1
9 590200 40.4
10 632800 33.2
11 685900 28.6
12 719200 26.0
13 752200 23.8
14 756900 24.7
4、设置坝前水位分别为145m、175m，来流流量分别为5000m3/s、50000m3/s，求解恒定流条件下的一维水动力模型。得到坝前水位、来流流量分别为145m/5000m3/s、145m/50000m3/s、175m/5000m3/s、175m/50000m3/s对应的水面线过程。如图2-5所示。
5、设置坝前水位保持145m不变，来流流量为5000m3/s，流量振幅1000m3/s，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到水位相同、来流流量波动条件下的随时间变化的第一水面线过程。来流流量震荡、沿程水面线过程如图6、图7所示。
6、由步骤5得到的水面线变化过程，可得流量震荡带来的水面线最大振幅为1m；振幅降至最大振幅的a%（a取10）时，距库尾196000m，即为该水位、来流流量条件下的河道、湖泊边界点。
7、设置坝前水位保持145m不变，来流流量为50000m3/s，流量振幅10000m3/s，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到水位相同、来流流量波动条件下的随时间变化的第一水面线过程。
8、由步骤7得到的水面线变化过程，可得流量震荡带来的水面线最大振幅为3m；振幅降至最大振幅的a%（a取10）时，距库尾336000m，即为该水位、来流流量条件下的河道、湖泊边界点。
9、综合步骤6和步骤8得到的河道和湖泊边界点，得到145m/(5000m3/s-50000m3/s)条件下对应的河道和湖泊边界过渡区间(196000m-336000m)。
10、同理，设置坝前水位保持175m不变，重复步骤5-9得到175m/(5000m3/s-50000m3/s)条件下对应的河道和湖泊边界过渡区间(130000m-260000m)。
11、设置来流流量保持5000m3/s不变，坝前水位145m，水位振幅1m/d，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、水位波动条件下的随时间变化的水面线过程。水位震荡、沿程水面线过程如图8、图9所示。
12、由步骤11得到的水面线变化过程，可得坝前水位震荡带来的水面线最大振幅为1m；振幅降至最大振幅的b%（b取20）时，距库尾180000m，即为该水位、来流流量条件下的河道、湖泊边界点。
13、设置来流流量保持5000m3/s不变，坝前水位175m，水位振幅1m/d，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、水位波动条件下的随时间变化的水面线过程。
14、由步骤13得到的水面线变化过程，可得坝前水位震荡带来的水面线最大振幅为1m；振幅降至最大振幅的b%（b取20）时，距库尾70000m，即为该水位、来流流量条件下的河道、湖泊边界点。
15、综合步骤12和步骤14得到的河道和湖泊边界点，得到145m/5000 m3/s 、175m/5000 m3/s条件下对应的河道和湖泊边界过渡区间(70000m-180000m)。
16、同理，设置来流流量保持50000m3/s不变，重复步骤11-15得到145m/50000m3/s、175m/50000 m3/s 条件下对应的河道和湖泊边界过渡区间(130000m-260000m)。
综合步骤9、10、15、16得到的河道和湖泊边界点，得到(5000m3/s-50000m3/s)/(145m-175m)条件下对应的河道和湖泊边界过渡区间(70000m-336000m)。
由此，便得到了某水库2015-2022年期间坝前水位调节范围和来流流量范围内的河道和湖泊边界过渡区间(70000m-336000m)。进一步得到(库尾-70000m)具有永久河道特性，（336000m-坝前）具有永久水库特性。
本发明实施例还提供一种河道型水库动态边界计算装置，如图10所示，该装置包括：
参数获取模块，用于获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
模型建立模块，用于建立所述河道型水库的一维水动力模型；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第一求解模块，用于求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
第二求解模块，用于以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
边界计算模块，用于根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
本发明实施例提供的河道型水库动态边界计算装置，利用一维水动力模型，得到不同坝前水位和来流流量条件下的水面线变化过程，通过对水面线过程进行计算分析，得到河道、湖泊及其过渡区的动态变化范围，解决了传统静态河道和湖泊边界带来的库容不匹配、洪水过程不准确等问题，为水库的平稳调度和安全运行提供重要技术支撑。
本发明实施例提供的河道型水库动态边界计算装置的功能描述详细参见上述实施例中河道型水库动态边界计算方法描述。
本发明实施例还提供一种存储介质，如图11所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中河道型水库动态边界计算方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体 (Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘 (Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图12所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图12中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的河道型水库动态边界计算方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图1所示实施例中的河道型水库动态边界计算方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，包括：
获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；
建立所述河道型水库的一维水动力模型；
求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线；
以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程；
根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。
2.根据权利要求1所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线，包括：
设置相同的特征水位，改变来流流量，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线；
设置相同的来流流量，改变特征水位，求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线。
3.根据权利要求2所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程，包括：
以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程；
以不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
4.根据权利要求3所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程，包括：
分别以正常蓄水位、来流流量最小值及其对应的水面线和正常蓄水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到正常蓄水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程；
分别以最低消落水位、来流流量最小值及其对应的水面线和最低消落水位、来流流量最大值及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到最低消落水位、来流流量波动条件下的第一水面线过程。
5.根据权利要求3所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，以不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线中的一个水面线以及对应的特征水位、来流流量作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程，包括：
分别以来流流量最小值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最小值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最小值、特征水位波动条件下的第二水面线过程；
分别以来流流量最大值、正常蓄水位及其对应的水面线和来流流量最大值、最低消落水位及其对应的水面线作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到来流流量最大值、特征水位波动条件下的第二水面线过程。
6.根据权利要求1所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界，包括：
基于第一水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第一预设值时，确定第一动态边界；
基于第二水面线过程，以水面线波动衰减至最大波动振幅的第二预设值时，确定第二动态边界；
基于所述第一动态边界和所述第二动态边界，确定河道和湖泊动态边界。
7.根据权利要求6所述的河道型水库动态边界计算方法，其特征在于，还包括：
根据所述河道和湖泊动态边界确定河道型水库的永久河道区间、过渡区间和永久水库区间。
8.一种河道型水库动态边界计算装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取河道型水库的特征水位值以及历史来流流量；
模型建立模块，用于建立所述河道型水库的一维水动力模型；
第一求解模块，用于求解恒定流条件下的一维水动力模型，得到相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线；
第二求解模块，用于以相同特征水位、不同来流流量下的多个水面线以及不同特征水位、相同来流流量下的多个水面线分别作为初始条件，基于具有预设振幅和频率的来流流量波动以及具有预设振幅和频率的特征水位波动，求解非恒定流条件下的一维水动力模型，得到特征水位相同、来流流量波动条件下的第一水面线过程以及来流流量相同、特征水位波动条件下的第二水面线过程；
边界计算模块，用于根据第一水面线过程的波动振幅衰减以及第二水面线过程的波动振幅衰减确定河道型水库的河道和湖泊动态边界。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如权利要求1-7任一项所述的河道型水库动态边界计算方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-7任一项所述的河道型水库动态边界计算方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115688246A (zh) * 2022-11-10 2023-02-03 中国长江三峡集团有限公司 一种局部坐标系下的水库库容模拟方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102930157A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 中国长江三峡集团公司 河道型水库支流库湾水体水动力特性分区方法
CN106498896A (zh) * 2016-09-06 2017-03-15 长江水利委员会长江科学院 一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法
US20170107797A1 (en) * 2015-10-20 2017-04-20 Chevron U.S.A. Inc. System and method for modeling coupled systems of hydrodynamics and sediment transport
CN106682317A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 武汉大学 上下游边界共同控制下河段平滩流量预测模型的构建方法
CN111125969A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 华中科技大学 一种跨水库流域河道径流演算方法和系统
CN111259607A (zh) * 2020-01-08 2020-06-09 北京师范大学 一种河湖过渡区水文边界界定方法
CN112464584A (zh) * 2020-11-09 2021-03-09 长江勘测规划设计研究有限责任公司 自由表面流的水位和流量推求方法
CN113792497A (zh) * 2021-08-26 2021-12-14 中水东北勘测设计研究有限责任公司 天然河道一维水动力高精度数值模拟方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102930157A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 中国长江三峡集团公司 河道型水库支流库湾水体水动力特性分区方法
US20170107797A1 (en) * 2015-10-20 2017-04-20 Chevron U.S.A. Inc. System and method for modeling coupled systems of hydrodynamics and sediment transport
CN106498896A (zh) * 2016-09-06 2017-03-15 长江水利委员会长江科学院 一种与泥沙冲淤相耦合的水库调度过程模拟方法
CN106682317A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 武汉大学 上下游边界共同控制下河段平滩流量预测模型的构建方法
CN111125969A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 华中科技大学 一种跨水库流域河道径流演算方法和系统
CN111259607A (zh) * 2020-01-08 2020-06-09 北京师范大学 一种河湖过渡区水文边界界定方法
CN112464584A (zh) * 2020-11-09 2021-03-09 长江勘测规划设计研究有限责任公司 自由表面流的水位和流量推求方法
CN113792497A (zh) * 2021-08-26 2021-12-14 中水东北勘测设计研究有限责任公司 天然河道一维水动力高精度数值模拟方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115688246A (zh) * 2022-11-10 2023-02-03 中国长江三峡集团有限公司 一种局部坐标系下的水库库容模拟方法及装置
CN115688246B (zh) * 2022-11-10 2024-06-07 中国长江三峡集团有限公司 一种局部坐标系下的水库库容模拟方法及装置

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