CN117494949A - 一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，通过一元二次函数对收集的水库库容曲线和水电站预想出力关系进行拟合，得到水库库容曲线和水电站预想出力拟合函数；根据水库入库流量和控泄流量，计算水库拦洪量；采用水库库容曲线拟合函数，计算防洪调度期内最高水位对应的库容值；构建水库汛控水位上浮域计算的解析模型，从水库防洪调度安全和水电站减少弃水等两个角度，联解得到水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值；取水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值的最小值，作为水库汛控水位的上浮域。

Description

一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法
技术领域
本发明涉及水库防洪调度领域；尤其涉及一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法。
背景技术
为防洪调度安全计，我国通常采用汛限水位指导各水库防洪调度运行。随着大规模水库群的投运修建，各大流域基本形成了以水库群为核心的防洪系统，流域防洪安全形势有了显著提高。由于严格采用汛限水位的防洪调度方式可能无法充分利用洪水资源潜力，进而影响水库兴利效益，因此采用运行期防洪控制水位(汛控水位)可以更好平衡水库防洪和兴利矛盾。目前，针对水库汛控水位上浮域的计算方法多以数值模拟计算方法为主，通过对不同典型和不同频率设计洪水进行调洪演算，在不降低防洪标准的前提下，选取汛控水位抬升的最小值作为汛控水位上浮域。但这种计算方法，存在两点不足：第一未能考虑汛控水位抬升对水电站的发电和弃水等因素的影响，汛控水位抬升过高可能造成水电站较大的弃水浪费，汛控水位抬升过低可能影响水电站的发电量；第二数值模拟计算流程繁琐，计算时间偏长，无法对场次预报洪水开展快速计算和分析。鉴于此，提出一种面向洪水资源化利用的水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，从水库防洪调度安全和水电站发电弃水等两方面综合考虑水库汛控水位抬升幅度，对于改善水库综合利用效益具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，为平衡水库防洪和兴利矛盾提供技术支撑。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，包括：
S1、收集水库库容曲线，以水库水位数据为自变量、库容数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水库库容曲线拟合函数；
S2、收集水电站预想出力关系线，以水头数据为自变量、预想出力数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水电站预想出力拟合函数；
S3、根据水库入库流量和控泄流量数据，计算水库拦洪量；
S4、设置防洪调度期内最高水位，并依据水库库容曲线拟合函数计算对应的库容值；
S5、构建水库汛控水位上浮计算的解析模型，在不影响水库防洪调度安全和不增加水电站发电弃水的前提下，联解得到水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值；
S6、取水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值的最小值，作为水库汛控水位的上浮域。
进一步，所述S1中，水库水位数据和库容数据，具体定义为：
Z＝[z1,z2…,zm,…,zM],m∈[1,M]；
V＝[v1,v2…,vm,…,vM],m∈[1,M]；
其中，zm和vm分别表示水库库容曲线中第m个水位和库容数据；M表示水库库容曲线中的水位和库容的数据个数；
所述S1中，水库库容曲线拟合函数，具体为：
v＝f(z)＝az2+bz+c
其中，v和z分别表示水库库容和水位变量；a、b和c表示水库库容曲线关系拟合的一元二次函数的参数值。
进一步，所述S2的水头数据和预想出力数据，具体为：
H＝[h1,h2…,hn,…,hN],n∈[1,N]；
P＝[p1,p2…,pn,…,pN],n∈[1,N]；
其中，hn和pn分别表示水电站预想出力关系线中第n个水头和预想出力数据；N表示水电站预想出力关系线中的水头和预想出力的数据个数；
所述S2中的水电站预想出力拟合函数，具体为：
p＝g(h)＝αh2+βh+γ
其中，p和h分别表示水电站预想出力和水头变量；α、β和γ表示水电站预想出力关系拟合的一元二次函数的参数。
进一步，所述S3中，水库入库流量和控泄流量数据，具体为：
Q＝[q(1),q(2),…,q(t),…,q(T)],t∈[1,T]；
其中，q(t)表示第t时段水库入库流量；Qc表示水库控泄流量值；O(t)表示水库第t时段出库流量；T表示计算时段个数；
所述S3中，计算水库拦洪量，具体为：
其中，W表示计算的水库拦洪量；Δt表示计算时段长。
进一步，所述S4具体为：
Vf＝f(Zmax)＝a(Zmax)2+b(Zmax)+c；
其中，Zmax表示水库设置的调度期内最高水位；Vf表示Zmax对应的水库库容值。
进一步，所述S5中，水库汛控水位上浮计算的解析模型为：
其中，z0表示水库汛限水位；Δh1表示水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升值；k表示水库综合出力系数；
所述S5，联解水库汛控水位上浮域计算的解析模型，具体为：
S501、首先对水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解；
由此得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
S502、对水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解为：
∵g(h)＝αh2+βh+γ
或/>(负值删去)
S503、假设水电站机组额定水头为则得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
其中，Δh2表示水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升值。
进一步，所述S6中的水库汛控水位的上浮域，具体为：
Δh＝min(Δh1,Δh2)；
其中，Δh表示水库汛控水位的上浮域。
本发明的有益效果为：首次提出了面向洪水资源化利用的水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，通过构建水库汛控水位上浮域计算的解析模型，综合考虑了汛控水位抬升对水库防洪调度安全和水电站弃水的影响，为水库汛控水位抬升的计算分析提供参考依据；
构建了水库汛控水位上浮域计算的解析模型，相较数值模拟计算过程，计算流程简单，计算速度更为方便。
附图说明
图1为本发明一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法的流程图。
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，下面结合附图，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，包括：
S1、收集水库库容曲线，以水库水位数据为自变量、库容数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水库库容曲线拟合函数；
S2、收集水电站预想出力关系线，以水头数据为自变量、预想出力数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水电站预想出力拟合函数；
S3、根据水库入库流量和控泄流量数据，计算水库拦洪量；
S4、设置防洪调度期内最高水位，并依据水库库容曲线拟合函数计算对应的库容值；
S5、构建水库汛控水位上浮计算的解析模型，在不影响水库防洪调度安全和不增加水电站发电弃水的前提下，联解得到水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值；
S6、取水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值的最小值，作为水库汛控水位的上浮域。
所述S1中，水库水位数据和库容数据，具体定义为：
Z＝[z1,z2…,zm,…,zM],m∈[1,M]；
V＝[v1,v2…,vm,…,vM],m∈[1,M]；
其中，zm和vm分别表示水库库容曲线中第m个水位和库容数据；M＝6000表示水库库容曲线中的水位和库容的数据个数；
所述S1中，水库库容曲线拟合函数，具体为：
v＝f(z)＝az2+bz+c
其中，v和z分别表示水库库容和水位变量；a＝0.004898、b＝-10.68和c＝5820表示水库库容曲线关系拟合的一元二次函数的参数值。
所述S2的水头数据和预想出力数据，具体为：
H＝[h1,h2…,hn,…,hN],n∈[1,N]；
P＝[p1,p2…,pn,…,pN],n∈[1,N]；
其中，hn和pn分别表示水电站预想出力关系线中第n个水头和预想出力数据；N＝19表示水电站预想出力关系线中的水头和预想出力的数据个数；
所述S2中的水电站预想出力拟合函数，具体为：
p＝g(h)＝αh2+βh+γ
其中，p和h分别表示水电站预想出力和水头变量；α＝-0.2335、β＝94.31和γ＝-5894表示水电站预想出力关系拟合的一元二次函数的参数。
所述S3中，水库入库流量和控泄流量数据，具体为：
Q＝[q(1),q(2),…,q(t),…,q(T)],t∈[1,T]；
其中，q(t)表示第t时段水库入库流量；Qc＝4000m3/s表示水库控泄流量值；O(t)表示水库第t时段出库流量；T＝30表示计算时段个数；
所述S3中，计算水库拦洪量，具体为：
其中，W＝7×108m3表示计算的水库拦洪量；Δt＝24h表示计算时段长。
所述S4具体为：
Vf＝f(Zmax)＝a(Zmax)2+b(Zmax)+c；
其中，Zmax＝1200m表示水库设置的调度期内最高水位；Vf＝57.12亿m3表示Zmax对应的水库库容值。
所述S5中，水库汛控水位上浮计算的解析模型为：
其中，z0＝1190m表示水库汛限水位；Δh1表示水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升值；k＝8.5表示水库综合出力系数；
所述S5，联解水库汛控水位上浮域计算的解析模型，具体为：
S501、首先对水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解；
由此得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
S502、对水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解为：
∵g(h)＝αh2+βh+γ
∴或/>(负值删去)
S503、假设水电站机组额定水头为则得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
其中，Δh2＝3.87m表示水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升值。
所述S6中的水库汛控水位的上浮域，具体为：
Δh＝min(Δh1,Δh2)；
其中，Δh＝3.28m表示水库汛控水位的上浮域。
通过一元二次函数对收集的水库库容曲线和水电站预想出力关系进行拟合，得到水库库容曲线和水电站预想出力拟合函数；根据水库入库流量和控泄流量，计算水库拦洪量；采用水库库容曲线拟合函数，计算防洪调度期内最高水位对应的库容值；构建水库汛控水位上浮域计算的解析模型，从水库防洪调度安全和水电站减少弃水等两个角度，联解得到水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值；取水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值的最小值，作为水库汛控水位的上浮域。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。

Claims (7)

1.一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于，包括：
S1、收集水库库容曲线，以水库水位数据为自变量、库容数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水库库容曲线拟合函数；
S2、收集水电站预想出力关系线，以水头数据为自变量、预想出力数据为因变量，采用一元二次函数进行拟合，得到水电站预想出力拟合函数；
S3、根据水库入库流量和控泄流量数据，计算水库拦洪量；
S4、设置防洪调度期内最高水位，并依据水库库容曲线拟合函数计算对应的库容值；
S5、构建水库汛控水位上浮计算的解析模型，在不影响水库防洪调度安全和不增加水电站发电弃水的前提下，联解得到水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值；
S6、取水库库容曲线拟合函数和水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值的最小值，作为水库汛控水位的上浮域。
2.根据权利要求1所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于：
所述S1中，水库水位数据和库容数据，具体定义为：
Z＝[z1,z2…,zm,…,zM],m∈[1,M]；
V＝[v1,v2…,vm,…,vM],m∈[1,M]；
其中，zm和vm分别表示水库库容曲线中第m个水位和库容数据；M表示水库库容曲线中的水位和库容的数据个数；
所述S1中，水库库容曲线拟合函数，具体为：
v＝f(z)＝az2+bz+c
其中，v和z分别表示水库库容和水位变量；a、b和c表示水库库容曲线关系拟合的一元二次函数的参数值。
3.根据权利要求2所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于，所述S2的水头数据和预想出力数据，具体为：
H＝[h1,h2…,hn,…,hN],n∈[1,N]；
P＝[p1,p2…,pn,…,pN],n∈[1,N]；
其中，hn和pn分别表示水电站预想出力关系线中第n个水头和预想出力数据；N表示水电站预想出力关系线中的水头和预想出力的数据个数；
所述S2中的水电站预想出力拟合函数，具体为：
p＝g(h)＝αh2+βh+γ
其中，p和h分别表示水电站预想出力和水头变量；α、β和γ表示水电站预想出力关系拟合的一元二次函数的参数。
4.根据权利要求3所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于，所述S3中，水库入库流量和控泄流量数据，具体为：
Q＝[q(1),q(2),…,q(t),…,q(T)],t∈[1,T]；
其中，q(t)表示第t时段水库入库流量；Qc表示水库控泄流量值；O(t)表示水库第t时段出库流量；T表示计算时段个数；
所述S3中，计算水库拦洪量，具体为：
其中，W表示计算的水库拦洪量；Δt表示计算时段长。
5.根据权利要求4所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于，所述S4具体为：
Vf＝f(Zmax)＝a(Zmax)2+b(Zmax)+c；
其中，Zmax表示水库设置的调度期内最高水位；Vf表示Zmax对应的水库库容值。
6.根据权利要求5所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于，所述S5中，水库汛控水位上浮计算的解析模型为：
其中，z0表示水库汛限水位；Δh1表示水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升值；k表示水库综合出力系数；
所述S5，联解水库汛控水位上浮域计算的解析模型，具体为：
S501、首先对水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解；
由此得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
S502、对水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升数值进行求解为：
S503、假设水电站机组额定水头为则得到水库库容曲线拟合函数的汛控水位抬升数值为：
其中，Δh2表示水电站预想出力拟合函数的汛控水位抬升值。
7.根据权利要求6所述的一种水库汛控水位上浮域推求的解析化方法，其特征在于：所述S6中的水库汛控水位的上浮域，具体为：
Δh＝min(Δh1,Δh2)；
其中，Δh表示水库汛控水位的上浮域。
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