本發(fā)明涉及水量調(diào)控領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種平原河網(wǎng)河道水量建模調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

生態(tài)需水量是生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到某種生態(tài)水平或者維持某種生態(tài)系統(tǒng)平衡所需要的水量，或是發(fā)揮期望的生態(tài)功能所需要的水量，水量配置是合理的、可持續(xù)的；對(duì)于一個(gè)特定生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)需水有一個(gè)閾值范圍，具有上限值和下限值，超過上下限值都會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化和破壞。平原河網(wǎng)地區(qū)多為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口眾多的地區(qū)，同時(shí)又是河湖密布、地勢(shì)平坦低洼、易于發(fā)生洪澇災(zāi)害的地區(qū)，且在降雨量少時(shí)因人口用水過多，也容易出現(xiàn)缺水現(xiàn)象；平原河網(wǎng)地區(qū)的水系承擔(dān)著行洪排澇、蓄水抗旱、供水、航運(yùn)、造景、生態(tài)和環(huán)境等功能。然而，在城市化進(jìn)程中，很多平原地區(qū)的河網(wǎng)水系出現(xiàn)了排水標(biāo)準(zhǔn)低、河道淤積、水系連通率及水面率下降、水生態(tài)環(huán)境遭到破壞等問題，需要通過編制水系規(guī)劃，構(gòu)建合理、安全的河網(wǎng)水系布局。

影響河流流量的因素：

(1)、雨水：我國及世界上大多數(shù)河流主要靠雨水補(bǔ)給，補(bǔ)給量大小及季節(jié)變化因各地氣候類型而異。

(2)、冰雪融水：分為季節(jié)性積雪融水、高山永久積雪和冰川融水。

①季節(jié)性積雪融水：主要指溫帶、寒帶地區(qū)冬季的積雪在春季融化后帶來的流量。如我國東北地區(qū)河流的“春汛”現(xiàn)象。

②高山永久積雪和冰川融水：主要指內(nèi)陸地區(qū)由于氣候干燥，河流主要靠高山永久積雪和冰川融水補(bǔ)給，河流流量隨氣溫變化。

(3)、地下水：地下水與河流是互補(bǔ)關(guān)系。洪水期，河流補(bǔ)給地下水;枯水期，地下水補(bǔ)給河流。

(4)、湖泊：與河流也是互補(bǔ)關(guān)系。有削減河流洪峰、補(bǔ)充枯水期水量的作用。

(5)、植被：植被具有涵養(yǎng)水源，調(diào)節(jié)水量的作用。特別是河流源頭和上游山區(qū)的水源林。

(6)、人類活動(dòng)：河流沿岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市居民生活用水都會(huì)影響到下游的流量。

在平原河網(wǎng)地區(qū)河道水量調(diào)控的時(shí)候往往忽略了流量影響因素，隨著時(shí)間變長，流量影響因素累積起來影響調(diào)控的準(zhǔn)確性。

在平原河網(wǎng)地區(qū)通過修筑堤防、興建水庫、建造水閘、利用蓄滯區(qū)和分洪區(qū)、建立排水系統(tǒng)等措施調(diào)控河道水量，但是效果一般，城市內(nèi)澇與干旱現(xiàn)象依然存在，其中，蘇州古城區(qū)中應(yīng)用的活動(dòng)溢流堰是一種新型的可調(diào)控溢流壩，由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的活動(dòng)溢流堰、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，適用于寬度10m-100m，水位差1m-6m的河道，活動(dòng)溢流堰可以直立擋水、臥倒放水，不影響游船航行安全，溢流時(shí)形成人工瀑布，具有一定的景觀效果，中間可放置防生態(tài)浮床，即美化環(huán)境，又凈化水質(zhì)，水量調(diào)控管理是一個(gè)逐漸發(fā)展的過程，在硬件設(shè)施控制的同時(shí)還需要利用目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.要解決的技術(shù)問題

根據(jù)平原地區(qū)河網(wǎng)周邊環(huán)境變化、季節(jié)變化，如何通過控制活動(dòng)溢流堰等配水工程控制河道的流量來滿足河道的生態(tài)需水量。

2.技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種平原河網(wǎng)河道水量建模調(diào)控方法，其步驟如下：

（1）、查詢平原河網(wǎng)地區(qū)河網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)更新周期為ta，進(jìn)行河網(wǎng)水動(dòng)力原型觀測(cè)，對(duì)研究范圍內(nèi)內(nèi)閘、壩、泵、涵等水利工程的分布、特性及運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)查，通過歷史數(shù)據(jù)建立水位-流量數(shù)學(xué)模型并分析河網(wǎng)水量分配關(guān)系；

（2）、對(duì)建立的水位-流量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證：

s1：開始準(zhǔn)備，分m組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

s2：每一組采集n1組水位-流量數(shù)學(xué)模型中的數(shù)據(jù)，周期為t1，導(dǎo)入水位-流量數(shù)學(xué)模型，更新水位-流量數(shù)學(xué)模型，所述的水位-流量數(shù)學(xué)模型中數(shù)據(jù)包括河流代碼、河流名稱、河道總長、水面坡降、地面坡降、河床截面積、流向、水位和流量；

s3；所述在平原河網(wǎng)地區(qū)實(shí)地開展n2組水位-流量原型觀測(cè)試驗(yàn)，周期為t2，所述n1等于n2，所述t1等于t2，所述s2與s3時(shí)間間隔為tb，且ta的值等于tb的值；

s4：所述n2組每組觀測(cè)試驗(yàn)采集水位ga和流量ka，同時(shí)分別從n1組數(shù)學(xué)模型中采集水位gb和流量kb，所述ga和gb之間的關(guān)系為ga=gb+qa+δa，所述qa為水位影響因素影響值，所述δa為水位誤差，所述ka和kb之間的關(guān)系為ka=kb+qb+δb，所述qb為流速影響因素影響值，所述δb為流速誤差，根據(jù)方差計(jì)算公式算出n2組qa+δa的方差δa和n2組qb+δb的方差δb，所述方差δa和δb的值越小則水位誤差δa和流速誤差δb越小，所述水位誤差δa和流速誤差δb越小則觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確，所述觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確則qa和qb越準(zhǔn)確；

s5：從m組試驗(yàn)中選取方差δa和δb值相對(duì)最小的一組，此時(shí)δa和δb的影響最小，記錄此時(shí)n1組的水位影響因素影響值分別為qa1、qa2、qa3...qan1，記錄此時(shí)n1組的流速影響因素影響值分別為qb1、qb2、qb3...qbn2；

s6：數(shù)學(xué)模型之后每個(gè)周期t1依次計(jì)入qa1、qa2、qa3...qan1和qb1、qb2、qb3...qbn2，完成對(duì)水位-流量數(shù)學(xué)模型的率定驗(yàn)證；

（3）、通過水位-流量數(shù)學(xué)模型對(duì)活動(dòng)溢流堰等水利工程進(jìn)行模擬，通過模擬出的參數(shù)來指導(dǎo)活動(dòng)溢流堰等水利工程調(diào)控河道水量。

優(yōu)選地，所述近期數(shù)據(jù)的采集避開汛期和旱期，對(duì)于城市化較高的地區(qū)的近期數(shù)據(jù)采集，分白天和夜晚兩組進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在建模過程中區(qū)別開來，所述白天以周期t來采集n組，所述夜晚相對(duì)應(yīng)的同樣以周期t來采集n組。

優(yōu)選地，所述t1小于或等于ta，s2中所述各項(xiàng)數(shù)據(jù)的更新采集周期以ta為最小周期進(jìn)行備注。

優(yōu)選地，所述的水位-流量原型觀測(cè)實(shí)驗(yàn)是通過對(duì)活動(dòng)溢流堰的變化觀察上下游水位變化，其觀察：

（1）、在活動(dòng)溢流堰上下游設(shè)置3個(gè)水位儀，1#水位儀布置在活動(dòng)溢流堰下游50m處，2#與3#水位儀布置在活動(dòng)溢流堰上游72m與180m處；

（2）、分別觀察不同開閘速度下的上下游水位變化、不同關(guān)閘速度下的上下游水位變化以及不同流量不同關(guān)閘速度下形成的上下游水位差；

（3）、記錄所有數(shù)據(jù)。

3.有益效果

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

建立數(shù)學(xué)模型，通過實(shí)地觀測(cè)試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行率定驗(yàn)證，保證了模型的可行性；考慮到流量影響因素，設(shè)置水位影響因素影響值和流量影響因素影響值，使用流量影響因素對(duì)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的校準(zhǔn)，防止隨著使用時(shí)間延長，數(shù)學(xué)模型處于理想狀態(tài)下的數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的偏移；避開汛期和旱期，而且城市化較高的地區(qū)的近期數(shù)據(jù)采集，分白天和夜晚兩組進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在建模過程中區(qū)別開來，減少特殊天氣和人類活動(dòng)等不確定因素對(duì)數(shù)學(xué)模型的影響；數(shù)據(jù)更新采集周期以ta為最小周期進(jìn)行備注，可以在數(shù)據(jù)更新采集的時(shí)候與專業(yè)部門的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，減小誤差，最后通過活動(dòng)溢流堰的方式聯(lián)合模型準(zhǔn)確的控制河道的流量，滿足河道的生態(tài)需水量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明模塊圖；

圖2為本發(fā)明河道信息采集表圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖；對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述；顯然；所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例；而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例；本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例；都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

請(qǐng)參閱圖1-2，一種平原河網(wǎng)河道水量建模調(diào)控方法，包括在城市化一般的a地區(qū)制作打印足夠份的河道信息采集表，將人員分為10組同時(shí)對(duì)a地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，咨詢a地區(qū)水利部門搜集相關(guān)數(shù)據(jù)。

在a地區(qū)專業(yè)人員的陪同下進(jìn)行為期兩年的近期數(shù)據(jù)采集工作，周期為每月一次，每次采集1組數(shù)據(jù)并記錄在河道信息采集表中，從a地區(qū)數(shù)據(jù)庫查詢歷史數(shù)據(jù)并下載下來，河流代碼、河流名稱、河道總長、河床截面積數(shù)據(jù)的變更需要在備注中注明，流速選用較為先進(jìn)的adcp三維聲學(xué)多普勒流速采集系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，水位選用工作可靠而且測(cè)量靈敏準(zhǔn)確的nky08-2型探測(cè)式水位儀進(jìn)行測(cè)量。

選取10年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，a地區(qū)歷史數(shù)據(jù)的采集周期為半年，使用stcurve(數(shù)據(jù)曲線繪制工具)v2.2.0.5繪制近期數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的變化曲線，分析并確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化周期記錄下來，變化周期最小為半年，安排人員按照變化周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新采集，數(shù)據(jù)更新采集的時(shí)候與專業(yè)部門的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，相差較大時(shí)，需要重新采集或者以專業(yè)部門的采集數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

使用infoworksicm軟件對(duì)歷史數(shù)據(jù)建立水位-流量數(shù)學(xué)模型，分析河網(wǎng)水量分配關(guān)系后，每一組采集24組水位-流量數(shù)學(xué)模型中的數(shù)據(jù)，周期為每月一次，導(dǎo)入水位-流量數(shù)學(xué)模型，更新水位-流量數(shù)學(xué)模型，水位-流量數(shù)學(xué)模型中數(shù)據(jù)包括河流代碼、河流名稱、河道總長、水面坡降、地面坡降、河床截面積、流向、水位和流量。

半年后，在a區(qū)的水利部門配合下，實(shí)地開展同樣為期兩年的觀測(cè)試驗(yàn)，周期為每月一次，采集水位gb和流量kb，在開展觀測(cè)試驗(yàn)的同時(shí)采集軟件建模的數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)水位ga和流量ka，ga和gb之間的關(guān)系為ga=gb+qa+δa，qa為水位影響因素影響值，δa為水位誤差，ka和kb之間的關(guān)系為ka=kb+qb+δb，qb為流速影響因素影響值，δb為流速誤差，根據(jù)方差計(jì)算公式算出24組qa+δa的方差δa和24組qb+δb的方差δb，方差δa和δb的值越小則水位誤差δa和流速誤差δb越小，水位誤差δa和流速誤差δb越小則觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確，觀測(cè)試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確則qa和qb越準(zhǔn)確；

s5：從10組試驗(yàn)中選取方差δa和δb值相對(duì)最小的一組，此時(shí)δa和δb的影響最小，記錄此時(shí)24組的水位影響因素影響值分別為qa1、qa2、qa3...qa24，記錄此時(shí)n1組的流速影響因素影響值分別為qb1、qb2、qb3...qb24；

s6：數(shù)學(xué)模型之后每個(gè)周期t1依次計(jì)入qa1、qa2、qa3...qa24和qb1、qb2、qb3...qb24，完成對(duì)水位-流量數(shù)學(xué)模型的率定驗(yàn)證。

再采用infoworksicm軟件，對(duì)第一水位儀布置在活動(dòng)溢流堰下游50m處和第二與第三水位儀布置在活動(dòng)溢流堰上游72m與180m處的三個(gè)水位儀實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，確定溢流堰的調(diào)度規(guī)則。

建立好的數(shù)學(xué)模型對(duì)活動(dòng)溢流堰等水利工程進(jìn)行模擬，建立聯(lián)控聯(lián)調(diào)平臺(tái)，通過模擬出的參數(shù)進(jìn)過計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制活動(dòng)溢流堰等水利工調(diào)控河道水量，以滿足河道的生態(tài)需水量，建模過程中，考慮到了影響河流流量的因素，并用于率定驗(yàn)證水位-流量數(shù)學(xué)模型，使理想化的水位-流量數(shù)學(xué)模型與實(shí)際結(jié)合，減小誤差的累積。

以上所述；僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式；但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此；任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)；根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其改進(jìn)構(gòu)思加以等同替換或改變；都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。