一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，包括以下步骤：步骤1，流域下垫面基本数据处理，步骤2，核算水库群下泄流量，步骤3，核算时空尺度内水库群状态，步骤4，获得水库群参与的流域水文计算量；该方法可通过建立地理要素和水文模型之间的关系，实现在时空尺度上流域水库群动态设定并参与产汇流计算，从而得到水库群分布式出流量计算模型，能够有效地推动流域水文模型发展。

【技术实现步骤摘要】
一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法
本专利技术属于水利工程的水循环
，具体涉及一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法。
技术介绍
在湿润多雨的山丘地区，为了抵御洪水灾害的侵袭，流域内修建大量水利工程特别是蓄水工程，各型水库不仅拦蓄了上游洪水，减轻了所在流域下游的防洪压力，而且为城镇供水提供优质水源，改善了当地水环境，促进经济和社会发展。然而大量修建的小水库数量众多，区域分散，规模主要与所处地形有关，水库之间串并联结构兼而有之，大部分水库建设初期未经水文计算设计，造成各水库拦蓄能力参差不齐，同一地区有的水库频繁泄洪，而部分水库却多年难以蓄满；水库坝体多为土坝，且部分没有闸门控制，很大程度上改变了流域原有的自然面貌，也使得流域的原有水文格局发生了显著变化。目前难以对所有水库调度过程进行实时监控，因而水库群的实际泄水调度过程通常是未知的，因此其对流域洪水过程的影响也是难以确定的，给水利计算及洪水预报带来了较大困难。虽然目前有关于水库对流域径流影响的研究，但研究对象多针对大江大河上的大中型水库群，由于其管理体系完善，硬件测量技术配套完备，能较精准地掌握其调度运行过程，可以为水文规律的分析及模型建设提供准确的基础资料。但是对于存在众多小水库群的流域来说，由于小水库群实际泄水调度过程无法预知，使得其流域洪水过程的影响也是难以确定的。目前还未见在欠缺实际水库运行资料的前提下，结合地理要素与水文模型，建立时空分布的、水库群差异运行情景下的水库群定量化出流量报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足而提供一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，该方法可通过建立地理要素和水文模型之间的关系，实现在时空尺度上流域水库群动态设定并参与产汇流计算，从而得到水库群分布式出流量计算模型，能够有效地推动流域水文模型发展。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，包括以下步骤：步骤1，流域下垫面基本数据处理：包括采集水库群的地理数据、计算水库群的子流域拓扑信息和收集水库群的基本信息，最终将得到的信息进行数据汇总和整合；步骤2，核算水库群下泄流量：根据所述步骤1进行数据汇总和整合后得到的信息，计算水库群控制区内的产汇流，再根据水库的库容控制能力，动态调节不同水库的下泄流量；步骤3，核算时空尺度内水库群状态：包括根据水库建造时间，设立不同时间维度内的水库对象以及根据水库地理位置，建立水库与流域之间的嵌入式管理体系；步骤4，获得水库群参与的流域水文计算量：计算流域内非水库群控制范围内的产汇流，再将步骤2的结果，参照不同时间维度，带入到步骤3的嵌入式管理体系中，继而进行时空分布式的、有水库群参与的流域径流计算。作为进一步改进的技术方案，步骤1中所述的采集水库群的地理数据，包括收集流域地形数据、栅格高程数据、栅格土壤特性数据，所述的计算水库群的子流域拓扑信息，包括计算栅格内的坡度、坡向以及河长、划分流域边界、生成子流域拓扑关系与流域水系；所述的水库群的基本信息，包括水库的地理位置、运行时间、控制面积、库容和最大下泄能力。作为进一步改进的技术方案，步骤2中所述的动态调节不同水库的下泄流量，包括以下步骤：步骤2.1：计算时段内的水库库容：V＝V0+V1－V2式中，V0为时段初库容；V1为计算时段内由于上游来水导致水库库容增加量；V2为计算时段内由于蒸发导致水库库容减少量，其中，所述V1和V2通过下式求解：V1＝QΔtV2＝EAΔt其中，Q为水库上游流域坡面汇流后得到入库流量，A为水库水面面积，E为单位时段水面蒸发量，Δt为计算时段长；步骤2.2：根据所述步骤2.1中计算得到的V，计算水库理论出流库容：其中，Vc为水库溢洪道高程对应的临界库容；再根据下式计算得到该时段的出流库容：Vout＝KRES×ΔV式中，KRES为水库出流系数；步骤2.3：根据所述步骤2.2计算得到的ΔV，计算水库实际出库流量：Qout＝min{Qmax，Vout/Δt}Qmax为每个水库的最大下泄流量，为计算时段长，Qout为Vout/Δt与Qmax之间的最小值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)能够依据不同的来水情况和水库自身出流能力，计算小水库群内所有水库的独立出库流量，便于在分布式模型中应用；(2)二是本专利技术能够考虑小水库群的建库时间不同，在不同时间维度内设定水库群水量贡献量；(3)三是本专利技术考虑小水库群在流域内的空间分布，将水库及其控制区与自然流域通过水量耦合的方式，组建嵌入式管理系统，统一进行径流演算；(4)本专利技术所得模型应用于实时洪水预报将大幅度提高有小水库群参与的流域洪水预报的精度，为这类复杂流域的防洪预警等工作提供可靠的科学支撑。(5)本专利技术既适用于集总式水文模型，又适用于分布式水文模型，将有效地推动流域水文科学应用研究的深入发展。附图说明图1本专利技术提出的面向对象的水库群时空分布式出流计算方法示意图；图2格网点水流方向编码示意图；图3一个简单的DEM及其计算结果示意图；图4DEM水文分析流程示意图；图5流域蓄水容量面积分配曲线与降雨径流间关系图；图6自由水蓄水容量面积分配曲线与各水源关系图；图7水库控制流域示意图；图8含水库的流域产汇流模型计算流程；图9寿昌江流域地形及水库分布图；图10寿昌江流域水流方向矩阵形式；图11寿昌江流域累计矩阵形式；图12寿昌江流域水系；图13寿昌江流域子流域分布图；图14流域内水库控制区图；图15寿昌江流域预报模型建模界面；图16水文数据管理、导入导出及洪号管理功能界面；图17站网管理界面；图18水库管理界面；图19数据库连接管理界面；图20模型计算结果显示界面；图21计算精度统计界面；图22径流深相对误差；图23所选场次洪水模拟对比图；图241972年全年洪水模拟；图251972年特大洪水模拟。具体实施方式下面通过附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1所示，一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，是以GIS(Geographicinformationsystem，地理信息系统)生成数字流域水系为基础，以自然流域径流计算和水库下泄能力计算为技术手段，结合空间拓扑关系和时间维度变化，提取各水库出流量的分布情况，最终构建面向对象的小水库群时空分布式出流计算模型。具体实施时，包括以下步骤：步骤1：流域下垫面基本数据处理具体是以DEM(DigitalElevationModel，数值高程模型)数据为基础，计算栅格内坡度、坡向以及河长，划分流域边界，生成子流域拓扑关系与流域水系，其计算遵循以下顺序进行：(1)洼地处理被高程较高的区域围绕的洼地是应用数字高程流域水系、生成模型、生成流域水系的一大障碍，因此在决定水流方向以前，必须先将洼地填充。有些洼地是DEM生成过程中带来的数据错误，但另外一些却表示了真实的地形。修改地形数据，对于可能产生的一些不合理的方向阵，处理方法如下：根据水流特点，通过对洼地区域和平坦区域标示，利用最短流程算法，修改洼地区域和平坦区域高程，使研究区域中的水流能够通过洼地区域和平坦区域。(2)水流方向矩阵的计算如图2所示，采用D8(Dete本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，流域下垫面基本数据处理：包括采集水库群的地理数据、计算水库群的子流域拓扑信息和收集水库群的基本信息，最终将得到的信息进行数据汇总和整合；步骤2，核算水库群下泄流量：根据所述步骤1进行数据汇总和整合后得到的信息，计算水库群控制区内的产汇流，再根据水库的库容控制能力，动态调节不同水库的下泄流量；步骤3，核算时空尺度内水库群状态：包括根据水库建造时间，设立不同时间维度内的水库对象以及根据水库地理位置，建立水库与流域之间的嵌入式管理体系；步骤4，获得水库群参与的流域水文计算量：计算流域内非水库群控制范围内的产汇流，再将步骤2的结果，参照不同时间维度，带入到步骤3的嵌入式管理体系中，继而进行时空分布式的、有水库群参与的流域径流计算。

【技术特征摘要】
1.一种面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，流域下垫面基本数据处理：包括采集水库群的地理数据、计算水库群的子流域拓扑信息和收集水库群的基本信息，最终将得到的信息进行数据汇总和整合；步骤2，核算水库群下泄流量：根据所述步骤1进行数据汇总和整合后得到的信息，计算水库群控制区内的产汇流，再根据水库的库容控制能力，动态调节不同水库的下泄流量；步骤3，核算时空尺度内水库群状态：包括根据水库建造时间，设立不同时间维度内的水库对象以及根据水库地理位置，建立水库与流域之间的嵌入式管理体系；步骤4，获得水库群参与的流域水文计算量：计算流域内非水库群控制范围内的产汇流，再将步骤2的结果，参照不同时间维度，带入到步骤3的嵌入式管理体系中，继而进行时空分布式的、有水库群参与的流域径流计算。2.根据权利要求1所述的面向对象的小水库群时空分布式出流计算方法，其特征在于，步骤1中所述的采集水库群的地理数据，包括收集流域地形数据、栅格高程数据、栅格土壤特性数据，所述的计算水库群的子流域拓扑信息，包括计算栅格内的坡度、坡向以及河长、划分流域边界、生成子流域拓扑关...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓玲，向小华，孙映宏，姬战生，邱超，
申请(专利权)人：河海大学，杭州市水文水资源监测总站，浙江省水文局，
类型：发明
国别省市：江苏,32