一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法

摘要

本发明提供了一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，包括如下步骤：采集与准备设计计算相关的水文资料；根据采集的水文资料，判断目标河流是否属于多沙河流；若属于，设计计算对应水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态，所述高滩高槽形态包括：纵剖面形态和横断面形态；根据水库设计洪水过程线和下泄流量过程线确定所述水库的防洪库容；基于设计计算的高滩高槽形态，计算所述水库的水库库容；根据计算的所述水库库容，绘制水位库容曲线；根据水位库容曲线确定所述防洪库容对应的水位即为防洪高水位。该技术方案便于依据水库泥沙淤积状态即高滩高槽形态进行防洪高水位确定。

说明书

技术领域

本发明涉及多沙河流水库水位技术领域，特别涉及一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法。

背景技术

根据《中国水利统计年鉴》数据显示我国水库数量呈逐渐增长趋势，截至2019年我国已建各类水库约9.8万座，水库总库容约9000亿m

为保证水库在洪水来临时有足够的防洪库容，水库设计时一般在防洪限制水位之上根据下游防洪任务测算确定水库防洪水位，主要包括校核洪水位、设计洪水位、防洪高水位。但是，多沙河流水库在实际运行过程中由于泥沙淤积将会呈现三种状态即高滩高槽、高滩中槽、高滩低槽，其中高滩高槽淤积面已经超过了防洪限制水位，防洪限制水位以上的部分库容被泥沙淤积侵占。因此，基于防洪限制水位计算的水库库容偏小，从而得到的防洪水位线可能偏低，这对于滩区居民将是巨大的安全隐患。为解决此问题，大量研究者从排沙角度优化排沙手段以减少泥沙淤积来恢复水库有效库容，但针对多沙河流泥沙淤积对水库水位设计影响的研究却很少。该发明专利考虑泥沙淤积的最不利情况，基于高滩高槽确定水库防洪高水位，从而解决泥沙淤积考虑不足导致防洪水位线设计过低的问题。

经检索发现：专利号CN110348600A公开了一种防洪库容效益最大化的库容分配方法，建立水库群防洪效益最大化目标函数求得各个水库最优库容，以保证各个水库之间安全有效运行。专利号CN111121718A公开了一种水库库容和淤泥量精确检测系统及测量方法，采用载人船携带GPS-RTK装置、浅地层剖面仪、电子罗盘及航向纠正系统测量获取水库库容和泥沙淤积量。专利号CN102852114B公开了一种水库泥沙淤积的计算方法，主要结合水库地形资料分析得到各断面泥沙淤积高程，从而快速推算水库某淤积水平年的淤积地形和淤积量。专利号CN105089003B公开了一种水库调洪计算方法，采用积分解析法推导水量平衡微分方程获得水库调洪计算的通用方程，与传统的迭代法和龙格库塔法相比，分别节约计算时间约70.7％和34.4％。专利号CN111350162A公开了一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法，沿河道主槽方向在河道主槽外的高滩上平行设置挖槽，以实现蓄水排沙功能。专利号CN210166015U公开了一种防洪水位报警器，重点对报警器探头和导线的连接处进行了保护，避免了探头损坏导致的报警器失效。专利号CN208704846U公开了一种防洪水位检测装置，该装置可以同时测量水位高度和水流速度，从而发出洪水预警。专利号CN207571602U公开了一种智能型低压防洪水位控制系统，该专利在洪水来临时快速响应并迅速断开电力供应，最大限度保障人身的安全。

发明内容

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，考虑了多沙河流泥沙淤积对水库防洪水位的影响，依据水库泥沙淤积最多的情况即高滩高槽形态进行防洪高水位确定，不仅可以保障水库防洪库容满足原设计要求，也使得库区上游滩区移民回水线划分更加合理。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，包括如下步骤：

步骤S1：采集与准备设计计算相关的水文资料；

步骤S2：根据采集的水文资料，判断目标河流是否属于多沙河流；

步骤S3：若属于，设计计算对应水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态，所述高滩高槽形态包括：纵剖面形态和横断面形态；

步骤S4：根据水库设计洪水过程线和下泄流量过程线确定所述水库的防洪库容；

步骤S5：基于设计计算的高滩高槽形态，计算所述水库的水库库容；

步骤S6：根据计算的所述水库库容，绘制水位库容曲线；

步骤S7：根据水位库容曲线确定所述防洪库容对应的水位即为防洪高水位。

在一种可能实现的方式中，

在步骤S3中，水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态中的纵剖面形态对应的纵剖面特征采用多沙河流水库的滩面和河槽的平衡纵比降表示，

其中，所述河槽和滩面平衡纵比降的计算公式分别为：

式中：i

在一种可能实现的方式中，

在步骤S3中，水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态中的横剖面形态对应横剖面特征采用高槽河宽和高槽槽深进行量化；

其中，所述高槽河宽和高槽槽深计算式分别为：

B

h

式中：B

在一种可能实现的方式中，

在步骤S5中，计算的所述水库库容计算的基准面为水库泥沙淤积的高滩高槽面。

在一种可能实现的方式中，

采集与准备设计计算相关的水文资料之前，还包括：

确定采集与准备设计计算相关的水文资料的采集端口集合，并确定所述采集端口集合中每个目标端口的端口序列；

确定每个所述目标端口执行的采集任务以及与所述采集任务对应的采集信息；

根据所述端口序列、采集任务以及对应的采集信息，确定每个目标端口的标准信息采集量、标准信息采集速度以及标准采集有效性；

基于时间戳获取所述目标端口采集历史信息的采集日志，并对所述采集日志进行分析，构建每个所述目标端口的采集曲线；

将所述采集曲线，输入到采集分析模型，分析所述采集端口的端口破损信息，同时，对所述端口破损信息进行预拆分处理，获取与所述端口破损信息相关的破损指标集合；

从所述破损指标集合中提取与所述标准信息采集量相关的第一集合、与所述标准信息采集速度相关的第二集合、与所述标准采集有效性相关的第三集合；

并基于所述第一集合对所述标准信息采集量进行第一修正处理，获得实际采集量，基于第二集合对所述标准采集速度进行第二修正处理，获得实际采集速度，基于第三集合对所述标准采集有效性进行第三修正处理，获得实际采集有效性；

按照获得的所述实际采集量、实际采集速度以及实际采集有效性，并按照端口采集规则，对所述目标端口进行排序，并基于排序结果，控制对应的目标端口对对应的水文资料进行采集。

在一种可能实现的方式中，

根据计算的所述水库库容，绘制水位库容曲线的过程中，包括：

获取不同时间段的所述水库库容，并确定与每个时间段对应的库容大小；

基于不同时间段中的两两时间段对应的水库差异参数，并根据所述水库差异参数对所述库容大小进行修正，其步骤包括：

根据所述水库差异参数从调度数据库中，获取调度规则，同时，根据所述调度规则，确定相邻时间段之间的标准库容信息，并将所述标准库容信息进行预处理，获得对应的标准库容序列；

同时，将所述标准库容序列导入到标准输出模型中，获得标准判断集合；

获取所述水库差异参数中与所述相邻时间段之间的标准库容信息相关的差异序列，并将所述差异序列基于所述标准判断集合进行判断，并根据如下公式，获取判断值F；

其中，h表示所述差异序列的序列个数；m1表示所述标准判断集合中的判断规则总数；Z

当判断值P小于或等于预设值，表明所述水库差异参数合格；

否则，调取与所述水库差异参数的优化参数，并基于所述优化参数对所述水库差异参数进行调整；

并基于合格的水库差异参数以及调整后的水库差异参数对对应的库容大小进行修正。

在一种可能实现的方式中，

根据采集的水文资料，判断目标河流是否属于多沙河流的步骤包括：

基于时间戳，对所述水文资料进行时间拆分，同时，基于时间拆分后的水文资料提取与目标河流相关的河流资料；

根据所述河流资料在不同时间段的差异性，对河流输出模型进行优化处理；

将所述河流资料传输到优化处理后的河流输出模型中，判断所述目标河流在不同时间段的单个河流属性；

根据所述单个河流属性以及对应时间段的天气情况，确定所述目标河流的综合河流属性；

当所述综合河流属性对应的综合值大于预设值时，判定所述目标河流属于多沙河流，并输出显示；

否则，报警提醒。

在一种可能实现的方式中，

根据水位库容曲线确定所述防洪库容对应的水位即为防洪高水位的步骤包括：

根据水位库容曲线，利用防洪库容插值得到对应的当前水位，为防洪高水位。

本发明的效果和益处：水库具有死滩活槽的特点，槽库容有冲有淤，防洪限制水位以上可能会被泥沙淤积侵占。传统防洪水位设计时未充分考虑水库泥沙淤积特征，基于防洪限制水位起调确定的防洪高水位线过低，可能对上游滩区居民造成洪水威胁，诱发社会问题。因此，本发明提供的一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法充分考虑了多沙河流水库泥沙淤积特点，以水库淤积最不利的高滩高槽状态对水库进行起调确定防洪高水位。本发明的实施对保障水库防洪能力具有重要意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法的流程图；

图2是水库高滩高槽纵剖面示意图。

图3是水库高滩高槽A-A横断面示意图。

图4是水库防洪库容确定示意图。

图5是基于高滩高槽的水位库容曲线图。

图中：1原始河底；2淤积泥沙；3深槽；4高槽；5高滩；6防洪库容；7排沙底孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，包括如下步骤：

步骤S1：采集与准备设计计算相关的水文资料；

步骤S2：根据采集的水文资料，判断目标河流是否属于多沙河流；

步骤S3：若属于，设计计算对应水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态，所述高滩高槽形态包括：纵剖面形态和横断面形态；

步骤S4：根据水库设计洪水过程线和下泄流量过程线确定所述水库的防洪库容；

步骤S5：基于设计计算的高滩高槽形态，计算所述水库的水库库容；

步骤S6：根据计算的所述水库库容，绘制水位库容曲线；

步骤S7：根据水位库容曲线确定所述防洪库容对应的水位即为防洪高水位。

针对上述技术方案，具体参见图1。

进一步地，在步骤S3中，水库在防洪限制水位运行时，水库底部泥沙淤积为高滩高槽淤积形态。

进一步地，在步骤S4中，根据水库设计洪水过程线和下泄流量过程线绘制成附图4所示的图表以便确定水库防洪库容，其中下泄流量过程线绘制时要求下泄量不能超过水库最大允许下泄量。

进一步地，在步骤S5中，水库库容的计算基准面为高滩高槽面。基于高滩高槽状态计算不同水位情况下的水库库容，要求分层库容的间隔为0.01m。

进一步地，在步骤S6中，根据步骤S5计算不同水位对应的水库库容，该水库库容指的基于高滩高槽计算获得库容，绘制成附图5所示的图表以便在步骤S7中使用。

进一步地，在步骤S7中，附图5的水位库容曲线中横坐标轴指的基于高滩高槽计算获得库容，纵坐标轴起始点指的是附图2所示x轴对应的水位，其中，a1为防洪高水位、a2为正常蓄水位、a3为防洪限制水位、a4为死水位。

上述技术方案的有益效果是：依据水库泥沙淤积最多的情况即高滩高槽形态进行防洪高水位确定，不仅可以保障水库防洪库容满足原设计要求，也使得库区上游滩区移民回水线划分更加合理。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，在步骤S3中，水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态中的纵剖面形态对应的纵剖面特征采用多沙河流水库的滩面和河槽的平衡纵比降表示，

其中，所述河槽和滩面平衡纵比降的计算公式分别为：

式中：i

该实施例中，K为经验系数，K与汛期平均来沙系数λ(含沙量与流量的比值)成反比，具体取值见《泥沙设计手册》。

该实施例中，

该实施例中，当水库上段和下段的平衡纵比降存在差异时，采用关联关系式进行转换，其转换关系式为：

式中：i

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，如图3所示，

在步骤S3中，水库底部泥沙淤积的高滩高槽形态中的横剖面形态对应横剖面特征采用高槽河宽和高槽槽深进行量化；

其中，所述高槽河宽和高槽槽深计算式分别为：

B

h

式中：B

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，

在步骤S5中，计算的所述水库库容计算的基准面为水库泥沙淤积的高滩高槽面。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，采集与准备设计计算相关的水文资料之前，还包括：

确定采集与准备设计计算相关的水文资料的采集端口集合，并确定所述采集端口集合中每个目标端口的端口序列；

确定每个所述目标端口执行的采集任务以及与所述采集任务对应的采集信息；

根据所述端口序列、采集任务以及对应的采集信息，确定每个目标端口的标准信息采集量、标准信息采集速度以及标准采集有效性；

基于时间戳获取所述目标端口采集历史信息的采集日志，并对所述采集日志进行分析，构建每个所述目标端口的采集曲线；

将所述采集曲线，输入到采集分析模型，分析所述采集端口的端口破损信息，同时，对所述端口破损信息进行预拆分处理，获取与所述端口破损信息相关的破损指标集合；

从所述破损指标集合中提取与所述标准信息采集量相关的第一集合、与所述标准信息采集速度相关的第二集合、与所述标准采集有效性相关的第三集合；

并基于所述第一集合对所述标准信息采集量进行第一修正处理，获得实际采集量，基于第二集合对所述标准采集速度进行第二修正处理，获得实际采集速度，基于第三集合对所述标准采集有效性进行第三修正处理，获得实际采集有效性；

按照获得的所述实际采集量、实际采集速度以及实际采集有效性，并按照端口采集规则，对所述目标端口进行排序，并基于排序结果，控制对应的目标端口对对应的水文资料进行采集。

该实施例中，确定采集端口序列是为了提高采集效率；

通过确定采集任务以及采集信息，是为了对端口进行区分，便于后续有效的采集水文资料。

该实施例中，标准信息采集量是一般情况下采集的信息容量，标准信息采集速度是一般情况下采集传输速率，标准采集有效性是一般情况下对应的采集的有效信息容量、有效传输速率、采集到的信息中可使用的信息占比等。

该实施例中，端口破损信息与端口线路损坏、老化等相关。

该实施例中，进行第一修正处理、第二修正处理以及第三修正处理，是为了获取相关的实际数据。

该实施例中，对目标端口进行排序是为了对水文资料进行有效采集。

上述技术方案的有益效果是：通过确定采集任务以及采集信息，是为了对端口进行区分，便于后续有效的采集水文资料，对目标端口进行排序是为了对水文资料进行有效采集，为库区上游滩区移民回水线划分合理提供间接基础。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，根据计算的所述水库库容，绘制水位库容曲线的过程中，包括：

获取不同时间段的所述水库库容，并确定与每个时间段对应的库容大小；

基于不同时间段中的两两时间段对应的水库差异参数，并根据所述水库差异参数对所述库容大小进行修正，其步骤包括：

根据所述水库差异参数从调度数据库中，获取调度规则，同时，根据所述调度规则，确定相邻时间段之间的标准库容信息，并将所述标准库容信息进行预处理，获得对应的标准库容序列；

同时，将所述标准库容序列导入到标准输出模型中，获得标准判断集合；

获取所述水库差异参数中与所述相邻时间段之间的标准库容信息相关的差异序列，并将所述差异序列基于所述标准判断集合进行判断，并根据如下公式，获取判断值F；

其中，h表示所述差异序列的序列个数；m1表示所述标准判断集合中的判断规则总数；Z

当判断值P小于或等于预设值值，表明所述水库差异参数合格；

否则，调取与所述水库差异参数的优化参数，并基于所述优化参数对所述水库差异参数进行调整；

并基于合格的水库差异参数以及调整后的水库差异参数对对应的库容大小进行修正。

该实施例中，优化参数与淤泥、流域、水流、水位等相关。

上述技术方案的有益效果是：通过获取不同时间段的水库差异参数，便于对库容大小进行修正，首先，获取调度规则，进而获取相关的标准库容序列，且通过确定差异序列与标准判断集合之间的判断值，有效确定差异序列是否合格，当不合格时，获取优化参数，对其进行优化调整，便于保证获取的库容大小的准确性。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，根据采集的水文资料，判断目标河流是否属于多沙河流的步骤包括：

基于时间戳，对所述水文资料进行时间拆分，同时，基于时间拆分后的水文资料提取与目标河流相关的河流资料；

根据所述河流资料在不同时间段的差异性，对河流输出模型进行优化处理；

将所述河流资料传输到优化处理后的河流输出模型中，判断所述目标河流在不同时间段的单个河流属性；

根据所述单个河流属性以及对应时间段的天气情况，确定所述目标河流的综合河流属性；

当所述综合河流属性对应的综合值大于预设值时，判定所述目标河流属于多沙河流，并输出显示；

否则，报警提醒。

上述技术方案的有益效果是：通过对水文资料进行时间拆分以及提取，便于保证获取数据的有效性，提高后续处理效率，通过确定差异性，便于对河流输出模型进行优化处理，且通过获取单个河流属性并结合天气情况，便于确定得出综合河流属性，为确定是否为多沙河流提供基础。

本发明提供一种基于高滩高槽的多沙河流水库防洪高水位确定方法，根据水位库容曲线确定所述防洪库容对应的水位即为防洪高水位的步骤包括：

根据水位库容曲线，利用防洪库容插值得到对应的当前水位，为防洪高水位。

上述技术方案的有益效果是：通过比较，提高确定效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。