CN116911496B - 一种多因数影响下的水位流量关系确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多因素影响下的水位流量关系确定方法；该方法如下：通过自然、人工影响因素判别水文测验断面受影响因素，利用河流枯期特征及实测流量与水位比率确定枯期、汛期；选取汛期一定离差内的实测流量及对应水位建立汛期水位～流量关系，选取枯期一定离差内的实测流量及对应水位建立枯期水位～流量关系。进而确定全年水文站水位～流量关系。

Description

一种多因数影响下的水位流量关系确定方法

技术领域

本发明涉及水文水资源工程技术领域，尤其涉及一种多因数影响下的水位流量关系确定方法。

背景技术

我国河流水库众多，水文资料是防汛抗旱、水资源保护与利用、水库综合效能发挥的基本保障。水电站坝体下游水文站可能受到水电站调节人为因素影响，还可能受水文站断面附近地形等自然因素影响，水文站水位～流量关系复杂，给水文测验观测布置、资料整编带来诸多不便。目前受到水电站调节影响水文站采用连时序法确定水位～流量关系，流量测验布置次数多，资料整编繁琐，推求精度低、难度大。本发明通过多年实测流量资料，判别枯期、汛期，分别确定水位～流量关系，对水文测验观测布置、资料整编、流量推求具有很好实用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种多因数影响下的水位流量关系确定方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种多因数影响下的水位流量关系确定方法，包括以下步骤：

S1、通过河流枯期特征及实测流量与水位比率确定枯期、汛期；

S2、选取汛期规定离差内的汛期实测流量及对应水位，建立汛期水位与流量关系；

S3、选取枯期规定离差内的枯期实测流量及对应水位，建立枯期水位与流量关系。

进一步，设所述实测流速数据集为：

其中，S₁为第一条测流垂线；为第一条垂线对应第一个水深点及所述第一个水深点对应的流速；/>为第m条垂线对应第P个水深点及所述第P个水深点对应的流速；

回流判别式为：

情况1中，为任一点流速，如果任一点流速大于零，则为非回流测验断面；

情况2中，为测验断面中平均流速最大测验垂线；S_R+t为垂线向垂线起点距依次增加方向；S_U-w为垂线向垂线起点距依次减小方向；R、U分别为垂线增加、减小方向，t、u分别为垂线增加、减小方向个数；当垂线平均流速最大垂线号，依次向垂线起点距依次增加方向、向垂线起点距依次减小方向均依次减小，则为非回流测验断面；

情况3中，为任一垂线，/>对应流速，当从表层依次向底层，流速依次减小，则为非回流测验断面。

进一步，设水文测验断面形态数据集为：

E＝{(d₁,h₁),(d₂,h₂),…,(d_m,h_m)}

其中，m为垂线的数量；d_m,h_m为第m条垂线对应起点距及河底高程；

人为因数的判别式为：

其中，h_min为测验断面河底高程最低点；Z_下蓄水位为水利工程在断面下游时，水库蓄水位；Z为测验时断面水位；Z_上泄水位为水利工程在断面上游时，水库下泄水位；X为河流比降；Y为测验断面与上游水利工程距离。

进一步，收集全年实测流量资料，设实测流量数据集为：

其中，Q实测流量数据集；为1月份的第n次实测流量；/>分别为实测日期、实测流量、对应水位。

进一步，所述S1中，枯汛期判别式为：

其中，D_水文为实测流量日期；D_汛为汛期月份，D_枯为枯期月份，。

进一步，根据水位与流量比率确定本年度枯汛期，计算方法为：

其中，为1月份第n次实测流量的水位流量比率；

计算各实测流量比率为：

其中，D_比率为全年实测流量比率。

通过所述全年实测流量比率确定汛期方法为：

其中，为第i个月第j次实测流量数据对应的比率。

进一步，全年枯汛期为：

D＝D_水文∩D_比率。

进一步，所述S2中，建立汛期水位与流量关系为：

A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、B₁、B₂、B₃、Z₀₁、Z₀₂、Z₀₃为待求系数；

所述S3中，建立枯期水位与流量关系为：

A₇、A₈、Z₀₄、Z₀₅为待求系数。

本发明的有益效果为：通过河流枯期特征及实测流量与水位比率确定枯期、汛期；选取汛期一定离差内的实测流量及对应水位建立汛期水位～流量关系，选取枯期一定离差内的实测流量及对应水位建立枯期水位～流量关系。进而确定全年水文站水位～流量关系；

利用分析实测流量与水位资料，确定枯期、汛期，建立全年水位～流量关系，可有效解决受水利工程调节等人为因素、断面回水等自然因素影响下的水文站水位～流量关系确定，精度高、数值模拟效果好，对受人工、自然等多因素影响下水文站流量测验布置、资料整编提供有益参考价值。本发明有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用

附图说明

图1为本发明一种多因数影响下的水位流量关系确定方法的流程图；

图2为白鹤滩水文汛期数据；

图3为汛期的汛期水位与流量关系曲线图；

图4为枯期的枯期水位与流量关系曲线图；

图5为2015年～2022年实测流量及水位与流量关系模型图。

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1，一种多因数影响下的水位流量关系确定方法，包括以下步骤：

S1、通过河流枯期特征及实测流量与水位比率确定枯期、汛期；

S2、选取汛期规定离差内的汛期实测流量及对应水位，建立汛期水位与流量关系；

S3、选取枯期规定离差内的枯期实测流量及对应水位，建立枯期水位与流量关系。

设所述实测流速数据集为：

其中，S₁为第一条测流垂线；为第一条垂线对应第一个水深点及所述第一个水深点对应的流速；/>为第m条垂线对应第P个水深点及所述第P个水深点对应的流速；

回流判别式为：

情况1中，为任一点流速，如果任一点流速大于零，则为非回流测验断面；

情况2中，为测验断面中平均流速最大测验垂线；S_R+t为垂线向垂线起点距依次增加方向；S_U-w为垂线向垂线起点距依次减小方向；R、U分别为垂线增加、减小方向，t、u分别为垂线增加、减小方向个数；当垂线平均流速最大垂线号，依次向垂线起点距依次增加方向、向垂线起点距依次减小方向均依次减小，则为非回流测验断面；

情况3中，为任一垂线，/>对应流速，当从表层依次向底层，流速依次减小，则为非回流测验断面。

通过人为因数的判别式，可以用于判断是否受自然因素影响；

以白鹤滩水文站为例

白鹤滩水文站某次实测流量数据见表1，为回流测验断面

设水文测验断面形态数据集为：

E＝{(d₁,h₁),(d₂,h₂),…,(d_m,h_m)}

其中，m为垂线的数量；d_m,h_m为第m条垂线对应起点距及河底高程；

人为因数的判别式为：

其中，h_min为测验断面河底高程最低点；Z_下蓄水位为水利工程在断面下游时，水库蓄水位；Z为测验时断面水位；Z_上泄水位为水利工程在断面上游时，水库下泄水位；X为河流比降；Y为测验断面与上游水利工程距离。

收集全年实测流量资料，设实测流量数据集为：

其中，Q实测流量数据集；为1月份的第n次实测流量；/>分别为实测日期、实测流量、对应水位。

通过人为因数的判别式，可以判断是否受人为因素影响。白鹤滩水文站2015年～2022年实测流量数据见表2

所述S1中，枯汛期判别式为：

其中，D_水文为实测流量日期；D_汛为汛期月份，D_枯为枯期月份，枯期、汛期有重叠、交叉。

白鹤滩水文汛期数据见图2。其余实测数据则为枯期。

根据水位与流量比率确定本年度枯汛期，计算方法为：

其中，为1月份第n次实测流量与水位比率；

计算各实测流量比率为：

其中，D_比率为全年实测流量比率。

通过所述全年实测流量比率确定汛期方法为：

其中，为第i个月第j次实测流量数据对应的比率。

全年枯汛期为：

D＝D_水文∩D_比率。

所述S2中，建立汛期水位与流量关系为：

A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、B₁、B₂、B₃、Z₀₁、Z₀₂、Z₀₃为待求系数；

所述S3中，建立枯期水位与流量关系为：

A₇、A₈、Z₀₄、Z₀₅为待求系数。

白鹤滩水文站汛期水位与流量关系如下：

汛期的水位～流量关系曲线见图3；

白鹤滩水文站汛期水位与流量关系如下：

枯期水位与流量关系曲线见图4；2015年～2022年实测流量及水位与流量关系模型见图5。

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 (1)

1.一种多因数影响下的水位流量关系确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过河流枯期特征及实测流量与水位比率确定枯期、汛期；

S2、选取汛期规定离差内的汛期实测流量及对应水位，建立汛期水位与流量关系；

S3、选取枯期规定离差内的枯期实测流量及对应水位，建立枯期水位与流量关系；

设实测流速数据集为：

其中，S₁为第一条测流垂线；V₁ ¹为第一条垂线对应第一个水深点及所述第一个水深点对应的流速；/>为第m条垂线对应第P个水深点及所述第P个水深点对应的流速；

回流判别式为：

情况1中，为任一点流速，如果任一点流速大于零，则为非回流测验断面；

情况2中，为测验断面中平均流速最大测验垂线；S_R+t为垂线向垂线起点距依次增加方向；S_U-w为垂线向垂线起点距依次减小方向；R、U分别为垂线增加、减小方向，t、w分别为垂线增加、减小方向个数；当垂线平均流速最大垂线号，依次向垂线起点距依次增加方向、向垂线起点距依次减小方向均依次减小，则为非回流测验断面；

情况3中，为任一垂线，/>对应流速，当从表层依次向底层，流速依次减小，则为非回流测验断面；

设水文测验断面形态数据集为：

E＝{(d₁,h₁),(d₂,h₂),…,(d_m,h_m)}

其中，m为垂线的数量；d_m,h_m为第m条垂线对应起点距及河底高程；

人为因数的判别式为：

其中，h_min为测验断面河底高程最低点；Z_下蓄水位为水利工程在断面下游时，水库蓄水位；Z为测验时断面水位；Z_上泄水位为水利工程在断面上游时，水库下泄水位；X为河流比降；Y为测验断面与上游水利工程距离；

收集全年实测流量资料，设实测流量数据集为：

其中，Q实测流量数据集；为1月份的第n次实测流量；/>分别为实测日期、实测流量、对应水位；

所述S2中，建立汛期水位与流量关系为：

A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、B₁、B₂、B₃、Z₀₁、Z₀₂、Z₀₃为待求系数；

所述S3中，建立枯期水位与流量关系为：

A₇、A₈、Z₀₄、Z₀₅为待求系数；

所述S1中，枯汛期判别式为：

其中，D_水文为实测流量日期；D_汛为汛期月份，D_枯为枯期月份；

根据水位与流量比率确定本年度枯汛期，计算方法为：

其中，为1月份第n次实测流量与水位比率

计算各实测流量比率为：

其中，D_比率为全年实测流量比率；

通过所述全年实测流量比率确定汛期方法为：

其中，为第i个月第j次实测流量数据对应的比率；

全年枯汛期为：

D＝D_水文∩D_比率。