一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法

技术领域

本发明属于水库调度领域，具体涉及一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法。

背景技术

水库蓄能量计算是保障电网安全和指导水库中长期运行的重要监测指标，其核心计算内容是水库蓄水量计算，传统的水库蓄水量计算通常以坝前水位作为水库代表水位，假定水库水面是以坝前水位为基准点的水平面，通过水位库容曲线插值获得蓄水量，水位静库容曲线插值主要基于两个假定，一是认为水库水面是以坝前水位为基准点的水平面；二是认为水库的总蓄水量仅与水库坝前水位有关，呈单值函数关系，即水位静库容曲线。

然而这种方法忽略了库区上游末端的壅水现象和水库上下游沿程的附加比降影响，对于小水库和湖泊型水库，其误差在可以接受的范围内，但对于大型水库，尤其是狭长型的河道型水库，水库末端存在不同程度的壅水现象，与此同时，由于长宽比较大，在河道流速影响下，库区上下游存在一定的附加比降，这与前述的水库水平面假设相矛盾；受到回水影响，该类型水库通常会在库尾形成较大的楔形库容，使得传统方法计算成果存在较大误差，如在短时段内库蓄水量剧烈变化、水量平衡计算所得入库流量呈锯齿波动、入库流量或出库流量为负值等；从而极大地影响电网调度运行及水库精细化调度；因此，需要提出一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法，基于站网布设和河道地形特征对河道型水库分段进行蓄水量计算，通过耗水率曲线计算水库总蓄能量，包括断面划分、蓄水量计算和蓄能量换算三个环节，可以实现根据动态水面线计算实时水库蓄水量；为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：

一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法，包括以下步骤：

S1，进行河道断面划分，将库区划分为多个测算单元，进行单元蓄水量曲线测算：

S101，根据库区地形情况布设多个遥测水位站点；遥测水位站点布设在在水流方向的主要地形变化转折点处；

S102，以各遥测站点所在横断面对库区进行单元划分，两个相邻断面构成一个最小单元；

S103，对每个单元进行实地测量，测量库区中每个断面地形资料和断面间距资料；

S104，设定各大断面之间的水体为柱体，通过积分方式依次计算各单元水位蓄水量曲线；针对任意两个相邻断面之间的单元柱体，其蓄水量积分公式如下：

(x,y)表示柱体内的任一平面点，x表示横断面方向，y表示沿河长纵方向；z(x,y)和h(x,y)分别表示(x,y)处的水面高程和河底高程；L表示断面间距；l(y)和r(y)分别表示沿河长方向任一位置(y)处对应左岸和右岸边的(x)值；

优选地，规定l(y)＜r(y)；

在单元柱体上下边界两个大断面的河底高程最小值和最大值之间，针对任意离散水位z，根据上式可求出对应的蓄水量V(z)，从而得出该单元的水位蓄水量曲线；

S105，累加各单元水位蓄水量曲线，得到库区的总蓄水量曲线；将该计算曲线与原水位库容曲线对比，可得总蓄水量曲线修正系数；然后按照等比例修正，以此修正系数对各单元水位蓄水量曲线进行校正，得到修正后的单元蓄水量曲线；其中各单元水位蓄水量曲线校正后的累加总蓄水量曲线与原水位库容曲线保持平衡；

S2，实测库区的动态水面线，通过S1中的单元蓄水量曲线计算单元蓄水量并累加进行库区的蓄水总量计算：

S201，采集库区各水位遥测站点的实时监测水位；

S202，沿库区流量方向依次点绘各遥测站点的实时监测水位，形成考虑库区回水影响的实时动态水面线；

S203，根据库区末端的最远回水点位置，确定水库上游槽蓄水量部分；

S204，通过库区沿程水面线，检查水位站点采集异常或其他扰动情况；异常存在时，合并上下游两相邻单元，叠加对应的蓄水量曲线，得到新的测算单元及对应的蓄水量曲线，从而消除该站点的异常水位影响；

S205，分段叠加计算蓄水总量，包括如下步骤：

a.对库区多个单元进行分段组合确定：无异常水位的断面直接按照S1中的最小测算单元独立组成一个分段；有异常水位的断面按照S204进行合并叠加组成分段；

b.单个分段内的所有测算单元进行单元蓄水量曲线叠加，得到该分段的水位蓄水量曲线；

c.以库区各分段上下游断面的实时监测水位的平均值作为各分段的代表水位；

d.通过该分段的水位蓄水量曲线，利用该分段的代表水位线性插值计算出该分段的蓄水量；

e.累加库区各分段蓄水量，完成库区的蓄水总量计算。

S3，通过静库容和总蓄能量对比得到库容偏差，通过实时水头及耗水率计算得到蓄能偏差，合并计算蓄能偏差和静态库容蓄能完成总蓄能测算；其具体步骤如下：

S301，根据实时监测的坝前水位，代入水库静库容曲线进行计算，得到对应的水库静库容；

S302，将S2中计算出的实时水库蓄水总量与静库容进行差值计算，得到考虑回水影响的库容偏差；

S303，用实时监测的坝前水位减去坝下水位，得到实时水头；

S304，将实时水头带入水库的耗水率曲线和蓄能曲线进行计算，得到实时耗水率和静库容蓄能量；

S305，用S302中的库容偏差除以实时耗水率，得到蓄能值偏差；

S306，用S304中的静库容蓄能量叠加S305中的蓄能值偏差，得到最终考虑回水影响的水库蓄能量，从而完成整个库区的水库蓄能量测算。

优选地，上述一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法，步骤S3中，水库静库容曲线、水库耗水率曲线和水库蓄能曲线为已知曲线关系；该曲线关系是通过该水库实际运行中采集各项实时数据形成数据库，然后根据数据库中的历史数据拟合成曲线而得出的。

本发明的有益效果为：

本方法通过对大型河道型水库进行分段蓄水量计算，分段处与库区地形相互适应，将分段断面选择在容易产生误差的水流转向处以及地形转折处，通过划分测算单元的方式，独立对每个测算单元进行蓄水量以及蓄能量测算，可以有效保证单个测算单元内的蓄水量基本不受到地形和水流的影响，从而得到较准确的分段数据，然后将分段数据叠加计算，可以得到较准确的总蓄能量数据；整个方法采用微分的思路，将传统方式下对于整个库区的整体的、笼统的、线性的计算方式，调整为分段的、精确的、相互独立的计算区域，可以有效降低水库回水影响带来的动库容误差，获得更为准确的蓄水总量计算成果，实现更为精准的水库总蓄能量测算，从而保障电网安全及指导水库中长期调度。

附图说明

图1为本发明的蓄能量测算逻辑流程图；

图2为本发明中单元划分及遥测站点布设示意图；

图3为本发明中断面地形资料示意图；

图4为本发明中分段叠加示意图；

图中Q为流量，箭头为流向。

具体实施方式

实施例1：

如图1～图4所示，一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法，包括以下步骤：

S1，进行河道断面划分，将库区划分为多个测算单元，进行单元蓄水量曲线测算：

S101，根据库区地形情况布设多个遥测水位站点；遥测水位站点布设在在水流方向的主要地形变化转折点处；如图2所示，设置了A、B、C、D、E、F、G点为遥测水位站点；

S102，以各遥测站点所在横断面对库区进行单元划分，两个相邻断面构成一个最小单元；如图2所示的AA＇、BB＇、CC＇、DD＇、EE＇、FF＇、GG＇多个断面；

S103，如图3所示，对每个单元进行实地测量，测量库区中每个断面地形资料和断面间距资料；

S104，设定各大断面之间的水体为柱体，通过积分方式依次计算各单元水位蓄水量曲线；针对任意两个相邻断面之间的单元柱体，其蓄水量积分公式如下：

(x,y)表示柱体内的任一平面点，x表示横断面方向，y表示沿河长纵方向；z(x,y)和h(x,y)分别表示(x,y)处的水面高程和河底高程；L表示断面间距；l(y)和r(y)分别表示沿河长方向任一位置(y)处对应左岸和右岸边的(x)值；

优选地，规定l(y)＜r(y)；

在单元柱体上下边界两个大断面的河底高程最小值和最大值之间，针对任意离散水位z，根据上式可求出对应的蓄水量V(z)，从而得出该单元的水位蓄水量曲线；

S105，累加各单元水位蓄水量曲线，得到库区的总蓄水量曲线；将该计算曲线与原水位库容曲线对比，可得总蓄水量曲线修正系数；然后按照等比例修正，以此修正系数对各单元水位蓄水量曲线进行校正，得到修正后的单元蓄水量曲线；其中各单元水位蓄水量曲线校正后的累加总蓄水量曲线与原水位库容曲线保持平衡；

S2，首先进行遥测水位的高程修正，统一水位测量的高程体系；然后采集坝前及库区各水位遥测站点的实时监测水位并沿库区流量方向依次点绘各遥测站点的实测水位，形成库区的实测动态水面线，同时通过库区沿程水面线，检查是否存在水位站点采集异常或其他扰动情况，若存在，则合并异常站点的两个相邻最小单元，叠加对应的蓄水量曲线，得到新的测算单元及对应的蓄水量曲线，异常水位不参与计算，从而消除该站点的异常影响；随后针对所有测算单元，以上下游断面的实测水位平均值作为代表水位，然后通过该单元的蓄水量曲线线性插值得单元蓄水量；最后累加库区内所有单元的蓄水量，得库区的实时蓄水总量，其具体步骤如下：

S201，采集库区各水位遥测站点的实时监测水位；

S202，沿库区流量方向依次点绘各遥测站点的实时监测水位，形成考虑库区回水影响的实时动态水面线；如图4的G-F-E-D-C-B-A过程线；

S203，根据库区末端的最远回水点位置，确定水库上游槽蓄水量部分；如图4的GG＇断面以上部分；

S204，通过库区沿程水面线，检查水位站点采集异常或其他扰动情况；异常存在时，合并上下游两相邻单元，叠加对应的蓄水量曲线，得到新的测算单元及对应的蓄水量曲线，从而消除该站点的异常水位影响；如图4的DD＇断面水位异常，应合并上下游两相邻单元，叠加对应的蓄水量曲线，得到新的测算单元及对应的蓄水量曲线；

S205，分段叠加计算蓄水总量，包括如下步骤：

a.对库区多个单元进行分段组合确定：无异常水位的断面直接按照S1中的最小测算单元独立组成一个分段；有异常水位的断面按照S204进行合并叠加组成分段；

b.单个分段内的所有测算单元进行单元蓄水量曲线叠加，得到该分段的水位蓄水量曲线；

c.以库区各分段上下游断面的实时监测水位的平均值作为各分段的代表水位；

d.通过该分段的水位蓄水量曲线，利用该分段的代表水位线性插值计算出该分段的蓄水量；

e.累加库区各分段蓄水量，完成库区的蓄水总量计算。

S3，首先根据实时坝前水位对应的静库容，与考虑回水影响的总蓄能量对比得库容偏差；其次根据实时水头及耗水率计算得到蓄能偏差；最后合并计算蓄能偏差和静态库容蓄能得到总蓄能，具体步骤如下：

S301，根据实时监测的坝前水位，代入水库静库容曲线进行计算，得到对应的水库静库容；如图4，即用AA＇断面的水位，查静库容曲线得AOA＇部分的对应蓄水量；

S302，将S2中计算出的实时水库蓄水总量与静库容进行差值计算，得到考虑回水影响的库容偏差；如图4，即AGG＇O部分的对应蓄水量；

S303，用实时监测的坝前水位减去坝下水位，得到实时水头；

S304，将实时水头带入水库的耗水率曲线和蓄能曲线进行计算，得到实时耗水率和静库容蓄能量；如图4，即AOA＇部分的对应蓄水量；

S305，用S302中的库容偏差除以实时耗水率，得到蓄能值偏差；

S306，用S304中的静库容蓄能量叠加S305中的蓄能值偏差，得到最终考虑回水影响的水库蓄能量，从而完成整个库区的水库蓄能量测算。

优选地，上述一种考虑回水影响的河道型水库蓄能量测算方法，步骤S3中，水库静库容曲线、水库耗水率曲线和水库蓄能曲线为已知曲线关系；该曲线关系是通过该水库实际运行中采集各项实时数据形成数据库，然后根据数据库中的历史数据拟合成曲线而得出的。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。