CN115310322A - 一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 - Google Patents
一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115310322A CN115310322A CN202210906529.4A CN202210906529A CN115310322A CN 115310322 A CN115310322 A CN 115310322A CN 202210906529 A CN202210906529 A CN 202210906529A CN 115310322 A CN115310322 A CN 115310322A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- basin
- treated
- mathematical model
- ecological base
- base flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 38
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 80
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 19
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 238000001363 water suppression through gradient tailored excitation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 206010003694 Atrophy Diseases 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 1
- 241000579895 Chlorostilbon Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000037444 atrophy Effects 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910052876 emerald Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010976 emerald Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质，生态基流计算方法通过设定待处理流域的上边界和下边界，结合河道地形和垂向积分的物质和动量守恒方程构建待处理流域的一维水动力数学模型，并在获取一维水动力数学模型的计算参数后对待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况进行模拟，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况计算得到生态基流，实现了对水文资料欠缺、人类活动影响巨大的感潮河网地区的体现天然生态需求的生态基流计算。本发明可广泛应用于数据处理技术领域。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其是一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
近年来，受到自然禀赋条件限制、不合理开发利用以及全球气候变化等影响，部分流域区域生活、生产和生态用水矛盾仍然突出，河湖生态流量难以保障，河流断流、湖泊萎缩、生物多样性受损、生态服务功能下降等问题依然严峻。
生态基流是生态流量中的一个关键指标，是指为维护河湖等水生态系统功能不丧失需要保留的底限流量(水量、水位、水深)。现有的生态基流计算方法包括QP法、Tennant法、近10年最枯月平均流量(水位)法、类比法以及原型观测法等。但是，现有的生态基流计算方法所需的水文资料必须是天然的流量、水量、水位和水深资料，否则无法反映河流在天然条件下的生态基流需求。由于感潮河网地区河网密布、河流流态变化不定，水文站建设难度较大，站点稀少，并且该区域大多位于城市聚集的河流三角洲地区，水闸密度高，人类活动强度大，河流现状对应的要素与天然条件差异非常大。因此，感潮河网地区的生态基流计算存在水文资料欠缺、人类活动影响巨大、现有的生态基流计算成果难以体现天然的生态需求等问题。
发明内容
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明实施例提供了一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质，实现了对感潮河网地区体现天然生态需求的生态基流计算。
为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：
一方面，本发明实施例提供了一种生态基流计算方法，包括以下步骤：
确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界，所述上边界为所述待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者所述待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，所述下边界为所述待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者所述待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面；
根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数；
根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流。
本发明实施例的一种生态基流计算方法，通过设定待处理流域的上边界和下边界，结合河道地形和垂向积分的物质和动量守恒方程构建待处理流域的一维水动力数学模型，并在获取一维水动力数学模型的计算参数后对待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况进行模拟，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况计算得到生态基流，实现了对水文资料欠缺、人类活动影响巨大的感潮河网地区的体现天然生态需求的生态基流计算。
另外，根据本发明上述实施例的一种生态基流计算方法，还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，本发明实施例的一种生态基流计算方法中，所述预设要求包括感潮地区、河网水系、人类活动影响大于预设值以及流域内不存在长序列监测的水文站点；
在所述确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界之前，所述生态基流计算方法还包括：
梳理所述待处理流域的所述流域特征；
判断所述流域特征是否符合所述预设要求。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型，包括：
测量所述待处理流域的河道地形；
采用一维非恒定流Saint-Venant方程组模拟所述待处理流域的水流状态；
根据所述水流状态、所述上边界、所述下边界以及所述河道地形，利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式进行求解，构建所述一维水动力数学模型。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述实测数据包括实测水位数据和实测流速数据；
所述根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数，包括：
根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行率定，生成率定结果；
根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行验证，生成验证结果，所述验证结果包括水位模拟的平均误差和流速模拟的相对误差；
确认所述验证结果小于或者等于预设误差值，根据所述率定结果获取所述计算参数。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数，还包括：
确认所述验证结果大于所述预设误差值，返回所述根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行率定，生成率定结果这一步骤。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述不同时段包括汛期、非汛期、大潮和小潮；
所述根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况，包括：
根据所述待处理流域的生态基流的要求，使所述上边界选择对应水频率的典型年，使所述下边界选择所述大潮和所述小潮的水位变化过程；
根据所述计算参数、所述上边界和所述下边界采用所述一维水动力数学模型模拟所述径流变化情况。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流，包括：
以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用所述出海水量法从所述径流变化情况中提取所述不同时段的天然径流过程；
根据所述天然径流过程得到所述不同时段的逐日净泄水量；
根据所述逐日净泄水量计算所述不同时段的最小日均净泄水量作为所述生态基流。
另一方面，本发明实施例提出了一种生态基流计算系统，包括：
第一模块，用于确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界，所述上边界为所述待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者所述待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，所述下边界为所述待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者所述待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面；
第二模块，用于根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
第三模块，用于根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数；
第四模块，用于根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
第五模块，用于以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流。
另一方面，本发明实施例提供了一种生态基流计算装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现所述的一种生态基流计算方法。
另一方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实现所述的一种生态基流计算方法。
本发明的优点和有益效果：
本发明实施例通过设定待处理流域的上边界和下边界，结合河道地形和垂向积分的物质和动量守恒方程构建待处理流域的一维水动力数学模型，并在获取一维水动力数学模型的计算参数后对待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况进行模拟，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况计算得到生态基流，实现了对水文资料欠缺、人类活动影响巨大的感潮河网地区的体现天然生态需求的生态基流计算。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本申请实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本申请的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1为本发明一种生态基流计算方法具体实施例的流程示意图；
图2为本发明一种生态基流计算方法具体实施例的前山河流域模拟范围示意图；
图3为本发明一种生态基流计算系统具体实施例的结构示意图；
图4为本发明一种生态基流计算装置具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
现有的生态基流计算方法所需的水文资料必须是天然的流量、水量、水位和水深资料，否则无法反映河流在天然条件下的生态基流需求。由于感潮河网地区河网密布、河流流态变化不定，水文站建设难度较大，站点稀少，并且该区域大多位于城市聚集的河流三角洲地区，水闸密度高，人类活动强度大，河流现状对应的要素与天然条件差异非常大。因此，感潮河网地区的生态基流计算存在水文资料欠缺、人类活动影响巨大、现有的生态基流计算成果难以体现天然的生态需求等问题。为此，本发明提出了一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质，通过设定待处理流域的上边界和下边界，结合河道地形和垂向积分的物质和动量守恒方程构建待处理流域的一维水动力数学模型，并在获取一维水动力数学模型的计算参数后对待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况进行模拟，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况计算得到生态基流，实现了对水文资料欠缺、人类活动影响巨大的感潮河网地区的体现天然生态需求的生态基流计算。
下面参照附图详细描述根据本发明实施例提出的一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的一种生态基流计算方法。
参照图1，本发明实施例中提供一种生态基流计算方法，本发明实施例中的一种生态基流计算方法，可应用于终端中，也可应用于服务器中，还可以是运行于终端或服务器中的软件等。终端可以是平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。本发明实施例中的一种生态基流计算方法主要包括以下步骤：
S101、确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定待处理流域的模拟范围的上边界和下边界；
其中，上边界为待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，下边界为待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面。
在本发明的实施例中，预设要求包括感潮地区、河网水系、人类活动影响大于预设值以及流域内不存在长序列监测的水文站点。其中，感潮地区指流域受潮汐影响，水体流态呈现往复的变化特征；河网水系指流域内水系呈河网状，河道分布密集且交错纵横；人类活动影响指流域内水流受取用水和水闸建设等影响，水体水量或流态与天然条件相比存在区别；流域内不存在长序列监测的水文站点指30年以上监测的水文站点。
在本发明的实施例中，在步骤S101之前还包括以下步骤：
1)梳理待处理流域的流域特征；
2)判断流域特征是否符合预设要求。
可选地，以前山河流域为例。前山河流域位于中山市和珠海市的交界区域，是中山市、珠海市主要的内河水运通道；前山河流域受咸潮影响严重，流域内河网众多，纵横交错，相互连通；前山河流域共有大小水闸22座，其中，出口七座水闸控制着前山河流域进水和出水的调度，流域现状水流流态与天然流态有明显的差异；前山河流域内无水文测站，仅有5个雨量站点。因此，前山河流域的流域特征符合本发明实施例的预设要求。
S102、根据上边界、下边界以及待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
其中，基于垂向积分的物质和动量守恒方程包括一维非恒定流Saint-Venant方程组和Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式。
S102可以进一步划分为以下步骤S1021-S1023：
步骤S1021、测量待处理流域的河道地形；
可选地，继续以前山河流域为例。图2示出了前山河流域(共计60条河涌)以及前山河流域外江的磨刀门水道河段。其中，前山河流域外边界位于磨刀门水道及马溜洲水道，上边界为磨刀门水道竹银附近，下边界分别为磨刀门水道横琴及马溜洲水道末端。前山河流域的各河道地形从2015-2016年河道地形资料中获取。
步骤S1022、采用一维非恒定流Saint-Venant方程组模拟待处理流域的水流状态；
步骤S1023、根据水流状态、上边界、下边界以及河道地形，利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式进行求解，构建一维水动力数学模型。
S103、根据待处理流域的实测数据对一维水动力数学模型进行率定和验证，获取一维水动力数学模型的计算参数；
其中，实测数据包括实测水位数据和实测流速数据。
具体地，在本发明的实施例中，S103可以进一步划分以下步骤S1031-S1033：
步骤S1031、根据实测水位数据和实测流速数据对一维水动力数学模型进行率定，生成率定结果；
可选地，在前山河流域中，以2017年1月3日01：00-12：00流域内实测水位数据和实测流速数据为基础，对一维水动力数学模型进行率定，105国道、翠屏路排洪渠等两侧为混凝土抹面或者浆砌石堤岸的河涌糙率较低，取值为0.025，其他河涌糙率在0.03～0.036之间。
步骤S1032、根据实测水位数据和实测流速数据对一维水动力数学模型进行验证，生成验证结果；
其中，验证结果包括水位模拟的平均误差和流速模拟的相对误差。
可选地，在前山河流域中，以2017年1月3日13：00-24：00流域内实测水位数据和实测流速数据为基础，对数学模型进行验证。
步骤S1033、确认验证结果小于或者等于预设误差值，根据率定结果获取计算参数。
可选地，在本发明的一个实施例中，预设误差值包括水位模拟的平均误差为0.10m，以及流速模拟的相对误差为10％。
具体地，根据验证结果，当各个验证断面的水位模拟的平均误差在0.10m以内，以及流速模拟的相对误差在10％以内，则判断验证结果小于或者等于预设误差值，根据率定结果获取一维水动力数学模型的计算参数。
可以理解的是，若验证结果大于所述预设误差值，则返回步骤S1031，重新对一维水动力数学模型进行率定和验证，直至验证结果小于或者等于预设误差值。
S104、根据计算参数，采用一维水动力数学模型模拟待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
其中，不同时段包括汛期、非汛期、大潮和小潮。
S104可以进一步划分以下步骤S1041-S1042：
步骤S1041、根据待处理流域的生态基流的要求，使上边界选择对应水频率的典型年，使下边界选择大潮和小潮的水位变化过程；
可选地，以前山河流域为例，前山河流域生态基流保证率为90％(生态基流的要求)，上边界选择90％来水频率的逐日径流过程，下边界选择“997”(1999年7月份珠江三角洲水文联测)潮位过程。
步骤S1042、根据计算参数、上边界和下边界采用所述一维水动力数学模型模拟径流变化情况。
S105、以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据径流变化情况采用出海水量法计算待处理流域的生态基流。
在本发明的实施例中，根据生态基流管控要求，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面。可以理解的是，一方面，感潮河网区一般位于流域下游，下游的径流特征能够更好地体现流域生态基流的需求；另一方面，以控制性水利工程为控制断面能够更好地开展生态调度，尽可能恢复流域天然的径流特征。
可选地，以前山河流域为例，选择石角咀水闸作为流域生态基流的控制断面。石角咀水闸为前山河流域出口断面，是流域上游来水、下游潮汐、下游水位的控制性工程，其流量过程能够较好地代表前山河流域生态流量特征。
S105可以进一步划分为以下步骤S1051-S1053：
步骤S1051、以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况中提取不同时段的天然径流过程；
步骤S1052、根据天然径流过程得到不同时段的逐日净泄水量；
具体地，根据天然径流过程分别计算汛期—大潮、汛期—小潮、非汛期—大潮、非汛期—小潮条件下的逐日净泄水量。
步骤S1053、根据逐日净泄水量计算不同时段的最小日均净泄水量作为生态基流。
具体地，分别以汛期、非汛期最小日均净泄水量作为汛期、非汛期的生态基流。
可选地，以前山河流域为例，前山河流域通过一维水动力数学模型，计算得到90％来水条件下石角咀水闸汛期大潮条件下最小日均净泄量为581万m3/d，小潮条件下为588万m3/d；非汛期大潮条件下最小日均净泄量为91万m3/d，小潮条件下为93万m3/d。因此，确定前山河流域石角咀水闸生态基流为汛期581万m3/d，非汛期91万m3/d。
结合步骤S101-S105所述的一种生态基流计算方法可知，本发明通过设定待处理流域的上边界和下边界，结合河道地形和垂向积分的物质和动量守恒方程构建待处理流域的一维水动力数学模型，并在获取一维水动力数学模型的计算参数后对待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况进行模拟，以待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用出海水量法从径流变化情况计算得到生态基流，实现了对水文资料欠缺、人类活动影响巨大的感潮河网地区的体现天然生态需求的生态基流计算。
其次，参照附图描述根据本申请实施例提出的一种生态基流计算系统。
图3是本申请一个实施例的一种生态基流计算系统结构示意图。
所述系统具体包括：
第一模块301，用于确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界，所述上边界为所述待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者所述待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，所述下边界为所述待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者所述待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面；
第二模块302，用于根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
第三模块303，用于根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数；
第四模块304，用于根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
第五模块305，用于以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
参照图4，本申请实施例提供了一种生态基流计算装置，包括：
至少一个处理器401；
至少一个存储器402，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器401执行时，使得所述至少一个处理器401实现步骤S101-S105所述的一种生态基流计算方法。
同理，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干程序用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行程序的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供程序执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从程序执行系统、装置或设备取程序并执行程序的系统)使用，或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供程序执行系统、装置或设备或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的程序执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种生态基流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界，所述上边界为所述待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者所述待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，所述下边界为所述待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者所述待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面；
根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数；
根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流。
2.根据权利要求1所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述预设要求包括感潮地区、河网水系、人类活动影响大于预设值以及流域内不存在长序列监测的水文站点；
在所述确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界之前，所述生态基流计算方法还包括：
梳理所述待处理流域的所述流域特征；
判断所述流域特征是否符合所述预设要求。
3.根据权利要求1所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型，包括：
测量所述待处理流域的河道地形；
采用一维非恒定流Saint-Venant方程组模拟所述待处理流域的水流状态；
根据所述水流状态、所述上边界、所述下边界以及所述河道地形，利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式进行求解，构建所述一维水动力数学模型。
4.根据权利要求1所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述实测数据包括实测水位数据和实测流速数据；
所述根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数，包括：
根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行率定，生成率定结果；
根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行验证，生成验证结果，所述验证结果包括水位模拟的平均误差和流速模拟的相对误差；
确认所述验证结果小于或者等于预设误差值，根据所述率定结果获取所述计算参数。
5.根据权利要求4所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数，还包括：
确认所述验证结果大于所述预设误差值，返回所述根据所述实测水位数据和所述实测流速数据对所述一维水动力数学模型进行率定，生成率定结果这一步骤。
6.根据权利要求1所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述不同时段包括汛期、非汛期、大潮和小潮；
所述根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况，包括：
根据所述待处理流域的生态基流的要求，使所述上边界选择对应水频率的典型年，使所述下边界选择所述大潮和所述小潮的水位变化过程；
根据所述计算参数、所述上边界和所述下边界采用所述一维水动力数学模型模拟所述径流变化情况。
7.根据权利要求6所述的一种生态基流计算方法，其特征在于，所述以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流，包括：
以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，采用所述出海水量法从所述径流变化情况中提取所述不同时段的天然径流过程；
根据所述天然径流过程得到所述不同时段的逐日净泄水量；
根据所述逐日净泄水量计算所述不同时段的最小日均净泄水量作为所述生态基流。
8.一种生态基流计算系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于确认待处理流域的流域特征符合预设要求，设定所述待处理流域的模拟范围的上边界和下边界，所述上边界为所述待处理流域上游具有长序列实测径流数据的水文站点或者所述待处理流域上游能够推算出径流系列的控制断面，所述下边界为所述待处理流域下游具有实测水位数据的水文站点或者所述待处理流域下游能够推算出水位系列的控制断面；
第二模块，用于根据所述上边界、所述下边界以及所述待处理流域的河道地形，基于垂向积分的物质和动量守恒方程构建一维水动力数学模型；
第三模块，用于根据所述待处理流域的实测数据对所述一维水动力数学模型进行率定和验证，获取所述一维水动力数学模型的计算参数；
第四模块，用于根据所述计算参数，采用所述一维水动力数学模型模拟所述待处理流域在特枯频率下不同时段的径流变化情况；
第五模块，用于以所述待处理流域下游的控制性水利工程作为生态基流的控制断面，根据所述径流变化情况采用出海水量法计算所述待处理流域的生态基流。
9.一种生态基流计算装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的一种生态基流计算方法。
10.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实现如权利要求1-7中任一项所述的一种生态基流计算方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210906529.4A CN115310322B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210906529.4A CN115310322B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115310322A true CN115310322A (zh) | 2022-11-08 |
| CN115310322B CN115310322B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=83858083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210906529.4A Active CN115310322B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115310322B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106168991A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-30 | 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 | 一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法 |
| CN107092786A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-08-25 | 山东大学 | 一种考虑河流不同状态的生态基流量计算方法及系统 |
| CN107103188A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-08-29 | 山东大学 | 一种城市河道生态流量阈值的确定方法 |
| KR101912628B1 (ko) * | 2017-05-30 | 2018-10-30 | 에스지에이블록체인 주식회사 | 수문-수리모형 분석결과의 진단 방법 |
| CN110197017A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-03 | 长安大学 | 一种城市河流橡胶坝群水生态调控方法 |
| AU2020101063A4 (en) * | 2020-06-19 | 2020-07-23 | Jilin Province Water Resource and Hydropower Consultative Company of P.R.CHINA | A Calculation Method of River Ecological Flow |
| CN114048432A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-02-15 | 中交（天津）生态环保设计研究院有限公司 | 一种无实测径流资料地区生态流量计算方法 |
-
2022
- 2022-07-29 CN CN202210906529.4A patent/CN115310322B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106168991A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-11-30 | 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 | 一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法 |
| CN107092786A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-08-25 | 山东大学 | 一种考虑河流不同状态的生态基流量计算方法及系统 |
| CN107103188A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-08-29 | 山东大学 | 一种城市河道生态流量阈值的确定方法 |
| KR101912628B1 (ko) * | 2017-05-30 | 2018-10-30 | 에스지에이블록체인 주식회사 | 수문-수리모형 분석결과의 진단 방법 |
| CN110197017A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-09-03 | 长安大学 | 一种城市河流橡胶坝群水生态调控方法 |
| AU2020101063A4 (en) * | 2020-06-19 | 2020-07-23 | Jilin Province Water Resource and Hydropower Consultative Company of P.R.CHINA | A Calculation Method of River Ecological Flow |
| CN114048432A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-02-15 | 中交（天津）生态环保设计研究院有限公司 | 一种无实测径流资料地区生态流量计算方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| OCTAVIA CROMPTON ETC.: "Emulation of the Saint Venant Equations Enables Rapid and Accurate Predictions of Infiltration and Overland Flow Velocity on Spatially Heterogeneous Surfaces", WATER RESOURCES RESEARCH, 22 August 2019 (2019-08-22) * |
| 何立纯;: "捞刀河流域生态基流分析计算", 湖南水利水电, no. 01, 20 January 2020 (2020-01-20) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115310322B (zh) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rinaldo et al. | Tidal networks: 2. Watershed delineation and comparative network morphology | |
| Mohammad et al. | Sediment in Mosul Dam reservoir using the HEC‐RAS model | |
| Hiatt et al. | What controls the transition from confined to unconfined flow? Analysis of hydraulics in a coastal river delta | |
| Pan et al. | Hydrologically enhanced distributed urban drainage model and its application in Beijing city | |
| Rasche et al. | Hydrodynamic simulation of the effects of stable in-channel large wood on the flood hydrographs of a low mountain range creek, Ore Mountains, Germany | |
| Saad et al. | Assessment of riverine dredging impact on flooding in low-gradient coastal rivers using a hybrid 1D/2D hydrodynamic model | |
| Morianou et al. | Assessing hydro-morphological changes in Mediterranean stream using curvilinear grid modeling approach-climate change impacts | |
| Abdelhaleem et al. | Managing Water and Salt Balance of Wadi El-Rayan Lakes, El-Fayoum, Egypt. | |
| Hung et al. | Coastline and river mouth evolution in the central part of the Red River Delta | |
| Giraud et al. | Hydrologic modeling of a complex wetland | |
| CN115310322A (zh) | 一种生态基流计算方法、系统、装置及存储介质 | |
| Bui et al. | Modelling bank erosion dependence on natural and anthropogenic factors—case study of Ganh Hao estuary, Bac Lieu-Ca Mau, Vietnam | |
| Seybold et al. | Simulation of birdfoot delta formation with application to the Mississippi Delta | |
| Rinaldo et al. | Sea level rise, hydrologic runoff, and the flooding of Venice | |
| Zhang et al. | Advances in Water Resources & Hydraulic Engineering: Proceedings of 16th IAHR-APD Congress and 3rd Symposium of IAHR-ISHS | |
| CN114943490B (zh) | 一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法及装置 | |
| Bisantino et al. | Effect of time scale on the performance of different sediment transport formulas in a semiarid region | |
| Mei et al. | Cellular automata to understand the prograding limit of deltaic tidal flat | |
| Fadlillah et al. | Hydrological characteristics of estuary in Wulan delta in Demak Regency, Indonesia | |
| Liu et al. | Urban flood modelling in Qiqihar city based on MIKE flood | |
| Hu et al. | Dredging Volume Estimation and Dredging Timing for Waterway Maintenance: A Case Study Using a Depth-Averaged Hydrosediment–Morphodynamic Model with Transient Dredging Effects | |
| Le et al. | Revisiting waal river training by historical reconstruction | |
| Singson et al. | Modeling climate change impact on the inflow of the Magat reservoir using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model for dam management | |
| Lianqing et al. | Numerical simulation and optimal system scheduling on flood diversion and storage in Dongting Basin, China | |
| Karimaei Tabarestani et al. | Effect of reservoir size on water quality in coastal reservoirs during desalinization period using numerical model |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |