本申請(qǐng)涉及水環(huán)境治理，特別是涉及一種基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、河流作為內(nèi)陸自然水循環(huán)的關(guān)鍵組成部分，對(duì)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、生物多樣性的維持以及人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)都具有至關(guān)重要的影響。然而，隨著全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的加劇，對(duì)自然環(huán)境造成的過(guò)度用水和環(huán)境破壞，已經(jīng)導(dǎo)致全球范圍內(nèi)許多河流的水量顯著減少，甚至出現(xiàn)了長(zhǎng)期斷流的現(xiàn)象。這種斷流不僅影響河流生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定，還威脅到依賴(lài)河流資源的人類(lèi)活動(dòng)。

2、在這種背景下，有效地恢復(fù)和維持河流的連續(xù)過(guò)流顯得尤為重要。特別是在上游來(lái)水受限的條件下，如何合理地調(diào)度水利樞紐水量，以保證河流的過(guò)流能力，成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的水利樞紐調(diào)度多依賴(lài)于豐富的水文數(shù)據(jù)支持，然而，對(duì)于長(zhǎng)期斷流的河道，由于缺乏足夠的水文觀測(cè)記錄，難以直接采用歷史數(shù)據(jù)來(lái)制定調(diào)度方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法及相關(guān)裝置，可準(zhǔn)確模擬不同水利樞紐河道過(guò)流調(diào)度方案下的斷流河道過(guò)流情況，來(lái)分析和預(yù)測(cè)斷流河道的過(guò)流能力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，包括以下步驟：

4、獲取斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)、斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)和斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)。

5、根據(jù)斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)和斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)，建立初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型；初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型用于模擬斷流河道沿程的水深變化以及關(guān)鍵斷面流量過(guò)程。

6、根據(jù)斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型的模型參數(shù)進(jìn)行率定，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型。

7、獲取斷流河道上游水利樞紐調(diào)度能力，并根據(jù)斷流河道上游水利樞紐調(diào)度能力，生成若干個(gè)待確定河道過(guò)流調(diào)度方案。

8、針對(duì)任一待確定河道過(guò)流調(diào)度方案，利用斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型確定待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間。

9、基于各待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，制定得到最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案。

10、可選地，斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)為斷流河道處于無(wú)水或水位很低的狀態(tài)時(shí)測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)中相鄰兩點(diǎn)之間的距離不超過(guò)20m，測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)，斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映斷流河道的地形特征。

11、可選地，根據(jù)斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型的模型參數(shù)進(jìn)行率定，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型，具體包括以下步驟：

12、以斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)作為上游邊界條件，以斷流河道出口的逐日水位作為下游邊界條件，模擬斷流河道沿程的水深變化以及關(guān)鍵斷面流量過(guò)程。

13、通過(guò)對(duì)比初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型模擬的逐日流量數(shù)據(jù)與斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，率定水動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型；初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型的模型參數(shù)包括：時(shí)間步長(zhǎng)、糙率和下滲參數(shù)。

14、可選地，還包括以下步驟：

15、獲取斷流河道衛(wèi)星遙感圖；斷流河道衛(wèi)星遙感圖中能夠準(zhǔn)確識(shí)別出斷流河道的水域范圍。

16、根據(jù)斷流河道衛(wèi)星遙感圖的水域范圍，驗(yàn)證斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型模擬的水域范圍，確保斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型模擬的水域范圍與斷流河道衛(wèi)星遙感圖的水域范圍基本一致。

17、可選地，待確定河道過(guò)流調(diào)度方案包括：小流量調(diào)度方案、中流量調(diào)度方案、大流量調(diào)度方案、由小到大流量調(diào)度方案、由大到小流量調(diào)度方案和脈沖流量調(diào)度方案。

18、可選地，最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案為：當(dāng)上游來(lái)水較多時(shí)，斷流河道上游水利樞紐以大流量調(diào)度方案進(jìn)行泄流；當(dāng)上游來(lái)水較少時(shí)，斷流河道上游水利樞紐適當(dāng)蓄水，然后以中流量調(diào)度方案進(jìn)行泄流。

19、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定裝置，包括：

20、相關(guān)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)、斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)和斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)。

21、水動(dòng)力模型建立模塊，用于根據(jù)斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)和斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)，建立初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型；初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型用于模擬斷流河道沿程的水深變化以及關(guān)鍵斷面流量過(guò)程。

22、模型參數(shù)率定模塊，用于根據(jù)斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型的模型參數(shù)進(jìn)行率定，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型。

23、待確定方案生成模塊，用于獲取斷流河道上游水利樞紐調(diào)度能力，并根據(jù)斷流河道上游水利樞紐調(diào)度能力，生成若干個(gè)待確定河道過(guò)流調(diào)度方案。

24、過(guò)流調(diào)度時(shí)間確定模塊，用于針對(duì)任一待確定河道過(guò)流調(diào)度方案，利用斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型確定待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間。

25、最優(yōu)調(diào)度方案確定模塊，用于基于各待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，制定得到最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案。

26、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)前文所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法的步驟。

27、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前文所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法的步驟。

28、第五方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前文所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法的步驟。

29、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請(qǐng)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

30、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法及相關(guān)裝置，在該方法中，根據(jù)獲取的斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)和斷流河道上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)，建立初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)其模型參數(shù)進(jìn)行率定，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型，以準(zhǔn)確模擬斷流河道沿程的水深變化以及關(guān)鍵斷面流量過(guò)程；隨后基于斷流河道上游水利樞紐調(diào)度能力，生成若干個(gè)待確定河道過(guò)流調(diào)度方案，利用斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型確定每一個(gè)待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，最后基于各待確定河道過(guò)流調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，制定得到最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案。本申請(qǐng)的上述方案，通過(guò)一種數(shù)值模擬方法，準(zhǔn)確模擬不同水利樞紐河道過(guò)流調(diào)度方案下的斷流河道過(guò)流情況，來(lái)分析和預(yù)測(cè)斷流河道的過(guò)流能力，為制定最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案提供了基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有斷流河道實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題，為斷流河道水資源調(diào)配與水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，所述斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)為斷流河道處于無(wú)水或水位很低的狀態(tài)時(shí)測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；所述斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)中相鄰兩點(diǎn)之間的距離不超過(guò)20m，測(cè)量精度達(dá)到厘米級(jí)，所述斷流河道高精度地形數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映斷流河道的地形特征。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，根據(jù)所述斷流河道下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)所述初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型的模型參數(shù)進(jìn)行率定，得到斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，所述待確定河道過(guò)流調(diào)度方案包括：小流量調(diào)度方案、中流量調(diào)度方案、大流量調(diào)度方案、由小到大流量調(diào)度方案、由大到小流量調(diào)度方案和脈沖流量調(diào)度方案。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法，其特征在于，所述最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案為：當(dāng)上游來(lái)水較多時(shí)，斷流河道上游水利樞紐以大流量調(diào)度方案進(jìn)行泄流；當(dāng)上游來(lái)水較少時(shí)，斷流河道上游水利樞紐適當(dāng)蓄水，然后以中流量調(diào)度方案進(jìn)行泄流。

7.一種基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定裝置，其特征在于，包括：

8.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于數(shù)值模擬的河道過(guò)流調(diào)度方案制定方法及相關(guān)裝置，涉及水環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：根據(jù)獲取的高精度地形數(shù)據(jù)和上游水利樞紐逐日泄流流量數(shù)據(jù)，建立初始斷流河道二維水動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)下游觀測(cè)站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)，對(duì)其模型參數(shù)進(jìn)行率定，以準(zhǔn)確模擬斷流河道沿程的水深變化以及關(guān)鍵斷面流量過(guò)程；隨后基于上游水利樞紐調(diào)度能力，生成若干個(gè)待確定河道過(guò)流調(diào)度方案，利用水動(dòng)力學(xué)模型確定每一個(gè)待確定調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，最后基于各待確定調(diào)度方案對(duì)應(yīng)的過(guò)流調(diào)度時(shí)間，制定得到最優(yōu)河道過(guò)流調(diào)度方案。本申請(qǐng)方案彌補(bǔ)了現(xiàn)有斷流河道實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題，為斷流河道水資源調(diào)配與水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：王隆凡,陳理想,劉志紅,包松林,楊彬,潘邵博,張皓,劉雪穎,彭勇,李博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)寧波研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9