平原河网地区排涝容量校验优化方法技术

本发明专利技术公开了一种平原河网地区排涝容量校验优化方法，S1、采集河网地区排涝容量校验优化模型所需的基础数据；S2、建立所述河网地区设计暴雨洪涝水过程与外江水位遭遇点的识别方法；S3、建立排涝工程布局和排涝调度方案；S4、建立并存储河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；S5、求解河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；S6，生成并输出河网地区的排涝容量及排涝调度方案。本发明专利技术基于平原河网地区洪、涝、潮遭遇特性，通过对洪水、涝水、潮水的遭遇点识别，建立平原河网地区排涝容量的校验优化模型，确定平原河网地区的排涝工程布局和排涝容量优化决策策略，为实现平原河网地区的排涝工程布局和排涝容量优化提供了一种有效途径。

【技术实现步骤摘要】
平原河网地区排涝容量校验优化方法
本专利技术涉及水利工程中的河网排涝领域，尤其是涉及平原河网地区排涝容量校验优化方法。
技术介绍
近年来，随着我国社会经济的持续高速发展和城镇化的持续高效推进，由极端性暴雨和台风雨等天气形成的洪涝灾害损失较为严重，合理规划设计河网排涝调度方案和优选排涝容量，对于解决河网地区洪涝灾害问题具有非常重要的意义。一方面，平原河网地区和滨海感潮地区是我国社会经济较为发达区域，城市化程度较高，城市排水管网较为完善，区域内排涝问题显得更为重要；另一方面，合理的规划排涝容量需要充分考虑河道和其他水体的调蓄能力以及河道的过流能力，这就需要进一步采用多种方法校验确定合理的排涝容量和排涝调度方案。文献研究表明，现有的平原河网地区排涝工程规划设计通常采用水量调蓄法或者水动力学法。如学者邴建平等人将河网概化为蓄水湖泊，建立了基于闸泵联合运用的平原感潮区排涝分析计算方法，可作为平原感潮区排涝规划和排涝工程设计的参考；学者李毓湘等人对珠江三角洲河网区河道进行了概化，建立了水动力学模型，并采用实测资料对模型参数进行了率定。然而，水量调蓄法和水动力学法均存在一定的局限性：水量调蓄法将河网概化为调蓄湖泊，充分考虑了河道及其他水体的调蓄能力，排涝工程总体布局和方案切合实际，但无法考虑河道的过流能力与排涝能力的相互衔接；水动力学法将河网概化为拓扑结构，考虑了河道的实际过流能力和水流约束条件，但不能充分考虑河道和其他水体的调蓄作用，排涝容量会比实际偏大。因此，在排涝工程布局和排涝容量优选时，如何充分考虑河道和其他水体的调蓄能力以及河道的过流能力，使得排涝工程的布局和规模更切合实际，并综合考虑排涝调度运用、河道景观水位等综合作用，是本领域研究和实践中的重点和难点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种平原河网地区排涝容量校验优化方法。为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述平原河网地区排涝容量校验优化方法，包括下述步骤：S1、采集河网地区排涝容量校验优化模型所需的基础数据，即：河网地区的设计暴雨、河网水系、现状排涝工程规模、河道地形参数、闸门和泵站规模、外江潮水位过程数据；S2、建立所述河网地区设计暴雨洪涝水过程与外江水位遭遇点的识别方法，即：以气象成因分析法、数理统计法、模糊数学法、图形分析法为基础，对河网地区的暴雨洪涝水和外江潮位遭遇特点进行分析，从防洪排涝挡潮安全角度考虑，识别河网地区的洪水、涝水、潮水的最不利遭遇点；S3、建立排涝工程布局和排涝调度方案，即：基于河网拓扑结构和现状排涝工程布局，根据河网地区的洪水、涝水、潮水的所述最不利遭遇点识别结果，计算相应设计标准的洪水、涝水、潮水过程，同时结合河道排涝控制水位指标，拟定河网地区排涝工程布局和排涝调度方案；S4、建立并存储河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：基于河网水量平衡和排涝节点水量平衡原理，结合排涝工程布置及河道过流能力，以现状排涝工程排涝能力为基础，以河网水量平衡和节点水量平衡、河道关键节点过流能力、排涝特征水位为约束，计算排涝水位和排涝容量，构建河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；S5、求解河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：选用排涝风险最小、节点排涝容量最小、排涝工程布局最优为评价指标，针对自排和抽排多种排涝组合的计算方案，通过分析河道调蓄能力、河道关键节点过流能力、排涝工程排水能力的相互关系，计算上述各方案的优劣排序，拟定适宜河网地区的排涝工程布局和排涝节点的排涝容量，支持河网地区排涝工程优化决策；S6，生成并输出河网地区的排涝容量及排涝调度方案，即：以河网地区优选的排涝工程布局、排涝容量及其各节点的排涝工程调度模式，展示最优的河网地区排涝调度方案。所述河网地区的所述河网水量调蓄及水动力学校验模型的约束条件为：（1）河网滞蓄水量平衡约束：；式中：Vt-1，Vt分别为时段t-1、时段t河道的滞蓄水量（m³）；qt-1，qt分别为时段t-1、时段t涝水流量（m³/s）；Qt-1，Qt分别为时段t-1、时段t排水流量（m³/s）；T为计算时段（h）；（2）排涝节点水量平衡约束：河道交叉处水位处处相等，水量连续：；；式中:Z1，Z2，……，ZN为汇合处各河道水位（m）；Q1、Q2……，QN为各河道进入（取正号）或流出（取负号）汇合区流量（m³/s）；A为汇合区面积（m²）；—节点水位变化率（m/s）；（3）水位约束；；式中，、分别代表排涝计算起始水位及排涝期末河道最高水位；、分别代表河道常水位及排涝最高控制水位；（4）流量约束；；；式中：节点过水流量，代表节点最高水位下的过流能力；代表第i个闸门的出流流量，代表第i个闸门最高水位下的最大泄流能力；代表第i个泵站的出流流量，代表第i个泵站最高排水能力。本专利技术优点是基于平原河网地区洪、涝、潮遭遇特性，通过对洪水、涝水、潮水的遭遇点识别，建立平原河网地区排涝容量的校验优化模型，采用专家经验修正法进行求解，确定平原河网地区的排涝工程布局和排涝容量优化决策策略，为实现平原河网地区的排涝工程布局和排涝容量优化提供了一种有效途径。附图说明图1是本专利技术实施例排涝区的河道交叉节点示意图。图2是本专利技术实施例用于排涝区排涝容量校验优化流程图。图3是本专利技术实施例用于排涝区的调蓄湖泊概化图。图4是本专利技术实施例用于排涝区的河网拓扑概化图。图5是本专利技术实施例用于模型优化求解计算的流程图。图6.1是本专利技术实施例用于排涝容量计算结果图（自排条件）。图6.2是本专利技术实施例用于排涝容量计算结果图（抽排条件）。具体实施方式为便于对本专利技术的进一步理解，现以广州番禺蕉东联围排涝区为例作进一步详细说明：如图1-图6.2所示，本专利技术所述河网地区排涝容量的校验优化方法，按照下述步骤进行：S1、采集河网地区排涝容量校验优化模型所需的基础数据，即：采集广州番禺蕉东联围排涝区的设计暴雨、河网水系、现状排涝工程规模、河道地形参数、闸门和泵站规模、外江潮水位过程数据；S2、建立广州番禺蕉东联围排涝区设计暴雨洪涝水过程与外江水位遭遇点的识别方法，即：以气象成因分析法、数理统计法、模糊数学法、图形分析法为基础，对所述地区的暴雨洪涝水和外江潮位遭遇特点进行分析，从防洪排涝挡潮安全角度考虑，识别所述河网地区的洪水、涝水、潮水的最不利遭遇点。通过对广州番禺蕉东联围排涝区洪、涝、潮遭遇点识别，选定涝水过程和外江潮位高潮位、最高潮位过程遭遇点；S3、建立排涝工程布局和排涝调度方案，即：根据所述地区的洪水、涝水、潮水的最不利遭遇点识别结果，计算20年一遇设计标准的涝水和外江潮位演变过程，同时结合河道排涝控制水位指标，拟定广州番禺蕉东联围排涝区排涝工程布局和洪涝水排涝调度方案；S4、建立并存储所述地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：基于河网水量平衡、排涝节点水量平衡、水动力学原理，结合排涝工程布置及河道过流能力，以现状排涝工程排涝能力为基础，以排涝风险最小、节点排涝容量最小、排涝工程布局最优为目标，以河网水量平衡和节点水量平衡、河道关键节点过流能力、防洪排涝特征水位为约束，计算防洪排涝水位，分析排涝风险，构建所述地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；其中，所述地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型的主要约束条件为：（1）河网滞蓄水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平原河网地区排涝容量校验优化方法，其特征在于：包括下述步骤：S1、采集河网地区排涝容量校验优化模型所需的基础数据，即：河网地区的设计暴雨、河网水系、现状排涝工程规模、河道地形参数、闸门和泵站规模、外江潮水位过程数据；S2、建立所述河网地区设计暴雨洪涝水过程与外江水位遭遇点的识别方法，即：以气象成因分析法、数理统计法、模糊数学法、图形分析法为基础，对河网地区的暴雨洪涝水和外江潮位遭遇特点进行分析，从防洪排涝挡潮安全角度考虑，识别河网地区的洪水、涝水、潮水的最不利遭遇点；S3、建立排涝工程布局和排涝调度方案，即：基于河网拓扑结构和现状排涝工程布局，根据河网地区的洪水、涝水、潮水的所述最不利遭遇点识别结果，计算相应设计标准的洪水、涝水、潮水过程，同时结合河道排涝控制水位指标，拟定河网地区排涝工程布局和排涝调度方案；S4、建立并存储河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：基于河网水量平衡和排涝节点水量平衡原理，结合排涝工程布置及河道过流能力，以现状排涝工程排涝能力为基础，以河网水量平衡和节点水量平衡、河道关键节点过流能力、排涝特征水位为约束，计算排涝水位和排涝容量，构建河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；S5、求解河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：选用排涝风险最小、节点排涝容量最小、排涝工程布局最优为评价指标，针对自排和抽排多种排涝组合的计算方案，通过分析河道调蓄能力、河道关键节点过流能力、排涝工程排水能力的相互关系，计算上述各方案的优劣排序，拟定适宜河网地区的排涝工程布局和排涝节点的排涝容量，支持河网地区排涝工程优化决策；S6，生成并输出河网地区的排涝容量及排涝调度方案，即：以河网地区优选的排涝工程布局、排涝容量及其各节点的排涝工程调度模式，展示最优的河网地区排涝调度方案。...

【技术特征摘要】
1.一种平原河网地区排涝容量校验优化方法，其特征在于：包括下述步骤：S1、采集河网地区排涝容量校验优化模型所需的基础数据，即：河网地区的设计暴雨、河网水系、现状排涝工程规模、河道地形参数、闸门和泵站规模、外江潮水位过程数据；S2、建立所述河网地区设计暴雨洪涝水过程与外江水位遭遇点的识别方法，即：以气象成因分析法、数理统计法、模糊数学法、图形分析法为基础，对河网地区的暴雨洪涝水和外江潮位遭遇特点进行分析，从防洪排涝挡潮安全角度考虑，识别河网地区的洪水、涝水、潮水的最不利遭遇点；S3、建立排涝工程布局和排涝调度方案，即：基于河网拓扑结构和现状排涝工程布局，根据河网地区的洪水、涝水、潮水的所述最不利遭遇点识别结果，计算相应设计标准的洪水、涝水、潮水过程，同时结合河道排涝控制水位指标，拟定河网地区排涝工程布局和排涝调度方案；S4、建立并存储河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：基于河网水量平衡和排涝节点水量平衡原理，结合排涝工程布置及河道过流能力，以现状排涝工程排涝能力为基础，以河网水量平衡和节点水量平衡、河道关键节点过流能力、排涝特征水位为约束，计算排涝水位和排涝容量，构建河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型；S5、求解河网地区的河网水量调蓄及水动力学校验模型，即：选用排涝风险最小、节点排涝容量最小、排涝工程布局最优为评价指标，针对自排和抽排多种排涝组合的计算方案，通过分析河道调蓄能力、河道关键节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺顺德，崔鹏，张建，盖永岗，陈松伟，崔振华，鲁俊，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41