CN115809562A - 一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法，包括：初拟引水沟渠规模方案，选定引水口，确定方案的最大引水流量；根据引水口确定引水口集水区，建立小流域降雨径流模型并根据该模型计算得到引水口逐日径流；针对引水口集水区，构建小流域暴雨洪水模型并利用该模型，根据最大引水流量计算造峰降雨；针对实测降雨资料，筛选出所有大于造峰降雨的超量降雨；计算所有场次超量降雨在引水口形成的流量之和，减去超量降雨时其它用水的用水量和最大引水流量，得到弃水量；将逐日径流减去引水时其它用水的用水量和弃水量，得到引水量；重复以上步骤，拟定不同的引水沟渠规模方案，计算相应引水量，开展技术经济比较，确定最优的引水沟渠规模方案。
Description
技术领域
本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法。
背景技术
我国水资源时空分布不均，且水资源与社会经济发展水平不匹配，水资源供需矛盾突出，许多地区仅靠挖掘本地区、本流域的水资源潜力无法完全解决水资源短缺问题。上述问题在小流域之间尤其突出，小流域由于集水面积小，河流源短流急，流域自身的水资源调蓄能力非常小。
引水沟渠作为一种水资源调配工程，在水资源开发利用领域有着广泛的应用，其功能主要为解决水资源的时空不均匀性。从优化区域的水资源时空配置，提高水资源开发程度、利用效率和提高用水对象的水资源保障程度等角度考虑，引水沟渠这种工程型式在小流域水资源的开发利用中及其常见，例如区域的灌溉、供水、发电和水生态改善等方面均有建设需求。引水沟渠的规模是由引水量、最大引水流量、工程投资等因素综合决定的。引水沟渠规模过大，投资大幅增加，但引水量并不一定相应增加，造成工程投资浪费；规模定的过小，引水量有限，无法满足用水对象的用水量需求。
目前，引水沟渠的规模首先需要进行计算引水口断面处的来水量和用水量，然后拟定引水流量和引水量方案，通过长系列或者代表年法进行径流调节计算，根据计算结果判断引水流量和引水量方案是否会影响引水口原用水需求；若拟定的方案影响原用水需求，则需重新拟定引水流量和引水量方案再次进行径流调节计算，直至得到合理的引水流量和引水量方案；最后根据明渠水力计算方法确定引水沟渠的规模。上述方法计算工作量大、资料需求高，对于小流域引水沟渠规模计算适用性较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的是提供一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法。
本申请实施例提供一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法，包括：
步骤S1：初拟引水沟渠规模方案，选定引水口的位置，根据所述引水口的位置确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量；
步骤S2：根据所述引水口的位置确定引水口集水区，建立基于水文循环的小流域降雨径流模型，根据所述小流域降雨径流模型计算得到引水口逐日径流；
步骤S3：针对所述引水口集水区，构建基于产汇流原理的小流域暴雨洪水模型；
步骤S4：根据所述最大引水流量，利用所述小流域暴雨洪水模型，计算所述引水口集水区在所述引水口形成最大引水流量的造峰降雨时长和造峰雨量，即造峰降雨；
步骤S5：针对实测降雨资料，筛选出所有场次大于所述造峰降雨的实际降雨，即超量降雨；
步骤S6：计算所有场次超量降雨在所述引水口形成的流量之和，减去由超量降雨时的必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述最大引水流量，得到弃水量；
步骤S7：将所述逐日径流减去引水时必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述弃水量，得到步骤S1确定的引水沟渠规模方案对应的引水量；
步骤S8：重复步骤S1～步骤S7，拟定不同的引水沟渠规模方案，计算相应的引水量，开展技术经济比较，确定最优的引水沟渠规模方案。
进一步地，步骤S1中，所述引水口根据引水集水区的地形、地质条件、河流平面形态、水文泥沙特性、河床演变规律、施工条件和目标引水量、集水面积选定。
进一步地，步骤S1中，通过明渠均匀流水力计算方法确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量：
其中，Q为最大引水流量；A为过水面积；n为沟渠糙率；R为水力半径；J沟渠为沟渠坡降，其中所述过水面积和水力半径为根据所述引水沟渠规模方案中引水沟渠的宽度和深度计算得到，所述沟渠坡降根据所述引水口处的地形变化确定。
进一步地，所述小流域降雨径流模型采用三水源新安江模型。
进一步地，所述小流域暴雨洪水模型采用推理公式法和瞬时单位线法；
其中所述推理公式法适用于引水口集水区面积50km2及以下的小流域，其计算公式为：
其中，τ为汇流时间；ht为净雨量；F为引水口集水区面积；Qm为洪峰流量；L为河道主流长度；m为汇流参数；J为河道坡降；
瞬时单位线法适用于引水口集水区面积大于50km2的小流域，计算公式：
其中，u(t)为t时刻的瞬时单位线纵高；k为反映流域汇流时间的参数，即调蓄系数；n为调节次数；Γ(n)为n阶不完全伽玛函数；t为时间。
进一步地，步骤S4中，通过小流域暴雨洪水模型，反向推求所述引水口集水区的造峰降雨时长和造峰雨强，即所述造峰降雨，其中所述造峰降雨在所述引水口形成所述最大引水流量。
进一步地，步骤S5包括：
根据地区降雨空间分布规律、水文测站布设和资料年限情况，选择步骤S1确定的引水口上游集水区合理的代表雨量参证站，从实测降雨资料中摘录出降雨时长和雨强都大于造峰降雨时长和造峰雨强的所有场次超量降雨。
进一步地，所述必须扣除的其它用水为满足步骤S1确定的引水口的下游生活、生产、生态用水需求的最小保证流量。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请针对小流域用水资料齐全度较差的特点，利用实测降雨资料，通过降雨径流和暴雨洪水模型，分析计算小流域引水沟渠规模方案，该方法计算简便、资料要求低，可以较大的提高引水沟渠规模方案的计算效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法的流程图，如图1所示，该方法应用于终端中，可以包括以下步骤：
步骤S1：初拟引水沟渠规模方案，选定引水口的位置，根据所述引水口的位置确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量；
步骤S2：根据所述引水口的位置确定引水口集水区，建立基于水文循环的小流域降雨径流模型，根据所述小流域降雨径流模型计算得到引水口逐日径流；
步骤S3：针对所述引水口集水区，构建基于产汇流原理的小流域暴雨洪水模型；
步骤S4：根据所述最大引水流量，利用所述小流域暴雨洪水模型，计算所述引水口集水区在所述引水口形成最大引水流量的造峰降雨时长和造峰雨量，即造峰降雨；
步骤S5：针对实测降雨资料，筛选出所有场次大于所述造峰降雨的实际降雨，即超量降雨；
步骤S6：计算所有场次超量降雨在所述引水口形成的流量之和，减去由超量降雨时的必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述最大引水流量，得到弃水量；
步骤S7：将所述逐日径流减去引水时必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述弃水量，得到步骤S1确定的引水沟渠规模方案对应的引水量；
步骤S8：重复步骤S1～步骤S7，拟定不同的引水沟渠规模方案，计算相应的引水量，开展技术经济比较，确定最优的引水沟渠规模方案。
由上述实施例可知，本申请针对小流域用水资料齐全度较差的特点，利用实测降雨资料，通过降雨径流和暴雨洪水模型，分析计算小流域引水沟渠规模方案，该方法计算简便、资料要求低，可以较大的提高引水沟渠规模方案的计算效率。
在步骤S1的具体实施中，初拟引水沟渠规模方案，选定引水口的位置，根据所述引水口的位置确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量；
具体地，所述引水口需根据引水集水区的地形、地质条件、河流平面形态、水文泥沙特性、河床演变规律、施工条件和目标引水量、集水面积等限制条件选定。
具体地，通过明渠均匀流水力计算方法确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量，所述明渠均匀流水力计算方法联合应用谢才公式和曼宁公式：
其中，Q为流量；A为过水面积；n为沟渠糙率；R为水力半径；J沟渠为沟渠坡降，其中所述过水面积和水力半径为根据所述引水沟渠规模方案中引水沟渠的宽度和深度计算得到，所述沟渠坡降根据所述引水口处的地形变化确定。
具体地，根据拟定方案中的引水沟渠宽度B、深度H，扣除安全超高后可得到最大水深H’，计算过水面积A＝B*H’和水力半径R＝A/(B+2*H’)，根据引水口位置处的地形变化确定沟渠坡降J(高差/引水沟渠长度，结合经验人工设置)，根据沟渠的衬砌材料可通过《水力计算手册》查得沟渠糙率n，得到上述相关参数后可计算得到最大引水流量Q。
在步骤S2的具体实施中，根据所述引水口的位置确定引水口集水区，建立基于水文循环的小流域降雨径流模型，根据所述小流域降雨径流模型计算得到引水口逐日径流；
具体地，所述小流域降雨径流模型可以采用TOPMODEl、坦克模型和萨克拉门托模型等，在一实施例中采用三水源新安江模型，这是因为新安江模型使用范围广，已有大量的应用实例，计算精度高。新安江模型产流计算采用蓄满产流的概念，汇流计算则分为坡地汇流和河网汇流两个阶段。
三水源新安江模型计算逐日径流时需要的输入资料有引水口集水区的实测逐日降水量和逐日蒸发量，通过产汇流参数调节后，计算输出逐日径流结果，通过该步骤，可利用逐日降水量和逐日蒸发量计算得到逐日径流过程，解决了小流域缺乏实测径流资料的实际情况。
在步骤S3的具体实施中，针对步骤S1确定的引水口集水区，构建基于产汇流原理的小流域暴雨洪水模型；
具体地，所述小流域暴雨洪水模型采用推理公式法和瞬时单位线法；
其中所述推理公式法适用于引水口集水区面积50km2及以下的小流域，其计算公式为：
其中，τ为汇流时间(h)；ht为净雨量(mm)；F为引水口集水区面积(km2)；Qm为洪峰流量(m3/s)；L为集水口所在的河道主流长度(km)；m为汇流参数；J为河道坡降(‰)；
瞬时单位线法主要适用于引水口集水区面积大于50km2的小流域，计算公式：
其中，u(t)为t时刻的瞬时单位线纵高；k为反映流域汇流时间的参数，即调蓄系数；n为调节次数；Γ(n)为n阶不完全伽玛函数；t为时间。
根据引水口集水面积选择相应的计算方法，然后利用地形图量算得到引水口位置的河道主流长度和河道坡降，作为模型输入参数；推理公式法和瞬时单位线法参数简单明了，资料要求低，在小流域的暴雨洪水计算中适用性好。
在步骤S4的具体实施中，根据所述最大引水流量，利用所述小流域暴雨洪水模型，计算所述引水口集水区在所述引水口形成最大引水流量的造峰降雨时长和造峰雨量，即造峰降雨；
具体地，根据拟定的引水沟渠规模方案对应的最大引水流量，通过小流域暴雨洪水模型，反向推求引水口集水区的造峰降雨时长和造峰雨强，即所述造峰降雨。
利用暴雨洪水模型，输入降雨资料，输出流量过程，通过该步骤可实现雨量与流量的转换，解决了小流域缺乏实测洪水流量资料的困扰。
在步骤S5的具体实施中，针对实测降雨资料，筛选出所有场次大于所述造峰降雨的实际降雨，即超量降雨；
具体地，根据地区降雨空间分布规律、水文测站布设和资料年限情况，选择步骤S1确定的引水口集水区合理的代表雨量参证站，从实测降雨资料(包括降水起止时间和相应降水量)中摘录出降雨时长和雨强都大于造峰降雨时长和造峰雨强的所有场次超量降雨。
根据造峰降雨筛选出超量降雨，后续仅需对超量降雨进行暴雨洪水计算，避免了计算所有场地的暴雨，节约了计算时间。
在步骤S6的具体实施中，计算所有场次超量降雨在所述引水口形成的流量之和，减去由超量降雨时的必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述最大引水流量，得到弃水量；
具体地，所述必须扣除的其它用水为满足步骤S1确定的引水口的下游生活、生产、生态用水需求的最小保证流量。
即弃水的计算公式为：Q弃＝Q超-Q生活超-Q生产超-Q生态超-Q引max，该步骤计算得到的弃水作为中间变量，是引水量计算的必要过程，其中Q超为所有场次超量降雨在引水口形成的流量之和，Q生活超、Q生产超、Q生态超分别为有超量降雨时的生活用水、生产用水、生态用水的用水量，Q引max为最大引水流量。
在步骤S7的具体实施中，将所述逐日径流减去引水时必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述弃水量，得到步骤S1确定的引水沟渠规模方案对应的引水量；
即引水沟渠方案的引水量计算公式为：Q引＝Q径流-Q生活引-Q生产引-Q生态引-Q弃，其中，Q生活引、Q生产引、Q生态引分别为每一次引水时的生活用水、生产用水、生态用水的用水量，该步骤计算简便，可大幅节约引水量计算的时间。
在步骤S8的具体实施中，重复步骤S1～步骤S7，拟定不同的引水沟渠规模方案，计算相应的引水量，开展技术经济比较，确定最优的引水沟渠规模方案。
具体地，重复步骤S1～S7，即拟定新的引水沟渠规模方案，然后计算得到相应的引水量，形成引水沟渠规模～引水量方案组，最优方案的选定原则主要为在满足引水量需求的基础上技术经济最合理。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：初拟引水沟渠规模方案，选定引水口的位置，根据所述引水口的位置确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量；
步骤S2：根据所述引水口的位置确定引水口集水区，建立基于水文循环的小流域降雨径流模型，根据所述小流域降雨径流模型计算得到引水口逐日径流；
步骤S3：针对所述引水口集水区，构建基于产汇流原理的小流域暴雨洪水模型；
步骤S4：根据所述最大引水流量，利用所述小流域暴雨洪水模型，计算所述引水口集水区在所述引水口形成最大引水流量的造峰降雨时长和造峰雨量，即造峰降雨；
步骤S5：针对实测降雨资料，筛选出所有场次大于所述造峰降雨的实际降雨，即超量降雨；
步骤S6：计算所有场次超量降雨在所述引水口形成的流量之和，减去由超量降雨时的必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述最大引水流量，得到弃水量；
步骤S7：将所述逐日径流减去引水时必须扣除的其它用水的用水量，再减去所述弃水量，得到步骤S1确定的引水沟渠规模方案对应的引水量；
步骤S8：重复步骤S1～步骤S7，拟定不同的引水沟渠规模方案，计算相应的引水量，开展技术经济比较，确定最优的引水沟渠规模方案。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述引水口根据引水集水区的地形、地质条件、河流平面形态、水文泥沙特性、河床演变规律、施工条件和目标引水量、集水面积选定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，通过明渠均匀流水力计算方法确定所述引水沟渠规模方案的最大引水流量：
其中，Q为最大引水流量；A为过水面积；n为沟渠糙率；R为水力半径；J沟渠为沟渠坡降，其中所述过水面积和水力半径为根据所述引水沟渠规模方案中引水沟渠的宽度和深度计算得到，所述沟渠坡降根据所述引水口处的地形变化确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小流域降雨径流模型采用三水源新安江模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小流域暴雨洪水模型采用推理公式法和瞬时单位线法；
其中所述推理公式法适用于引水口集水区面积50km2及以下的小流域，其计算公式为：
其中，τ为汇流时间；ht为净雨量；F为引水口集水区面积；Qm为洪峰流量；L为河道主流长度；m为汇流参数；J为河道坡降；
瞬时单位线法适用于引水口集水区面积大于50km2的小流域，计算公式：
其中，u(t)为t时刻的瞬时单位线纵高；k为反映流域汇流时间的参数，即调蓄系数；n为调节次数；Γ(n)为n阶不完全伽玛函数；t为时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过小流域暴雨洪水模型，反向推求所述引水口集水区的造峰降雨时长和造峰雨强，即所述造峰降雨，其中所述造峰降雨在所述引水口形成所述最大引水流量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5包括：
根据地区降雨空间分布规律、水文测站布设和资料年限情况，选择步骤S1确定的引水口上游集水区合理的代表雨量参证站，从实测降雨资料中摘录出降雨时长和雨强都大于造峰降雨时长和造峰雨强的所有场次超量降雨。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述必须扣除的其它用水为满足步骤S1确定的引水口的下游生活、生产、生态用水需求的最小保证流量。
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| CN202211613565.8A CN115809562A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法 |
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| CN202211613565.8A CN115809562A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 一种确定小流域引水沟渠规模方案的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117541452A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 河北锐驰交通工程咨询有限公司 | 一种应用于公路稳定排水的数据智能分析系统及方法 |
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2022
- 2022-12-15 CN CN202211613565.8A patent/CN115809562A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117541452A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 河北锐驰交通工程咨询有限公司 | 一种应用于公路稳定排水的数据智能分析系统及方法 |
| CN117541452B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-15 | 河北锐驰交通工程咨询有限公司 | 一种应用于公路稳定排水的数据智能分析系统及方法 |
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