基于大断面测量数据计算滞留库容的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）制定大断面数据测量成果的内容和数据结构规范；2）采用横断面法计算相邻断面间不同高程之间的分级库容；3）确定每个大断面的中泓点高程；4）以下游断面的中泓点高程为断面间死水位计算相邻断面间的滞留库容；5）采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个河流的滞留库容；6）确定水库死水位，以水库水工建筑物所确立的死水位为依据，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个水库的滞留库容。优点：为掌握水库的真实滞留库容变化以及滞留库容在库区各个支流上的分布和变化情况提供了可行的路线，有利于提升水库运行管理水平。

Calculation method of detention capacity based on large section measurement data

The invention discloses a method for calculating the detention storage capacity based on the large section measurement data, which is characterized in that the following steps are included: 1) formulating the content and data structure specification of the large section data measurement result; 2) calculating the classification storage capacity between different elevations between adjacent sections by using the cross section method; 3) determining the elevation of the thalweg point of each large section; 4) determining the height of the thalweg point of the downstream section Cheng is the dead water level between sections to calculate the detention storage capacity between adjacent sections; 5) the level by level detention storage capacity between sections is used to calculate the detention storage capacity of the whole river; 6) the dead water level of the reservoir is determined based on the dead water level established by the hydraulic structure of the reservoir, and the level by level detention storage capacity between sections is used to calculate the detention storage capacity of the whole reservoir. Advantages: it provides a feasible route for mastering the change of the real detention capacity of the reservoir and the distribution and change of the detention capacity on each tributary of the reservoir, which is conducive to improving the operation and management level of the reservoir.

【技术实现步骤摘要】
基于大断面测量数据计算滞留库容的方法
本专利技术涉及一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，属于泥沙数据处理

技术介绍
滞留库容为由于重力和库区水下地形受泥沙冲淤等变化影响，导致库区的水在自然条件下无法向下游运动而形成的那部分库容，从水库调度运行角度上看，因为这部分水无法调度利用，也可以称为无效库容。确定滞留库容对于水电站及水库运行具有重要的现实意义，通过水位库容关系曲线和当前水库水位可以确定当前水库的蓄水量，但是有一部分水是从水库中排放不出去的，在考虑水库调度运行时，这部分水量应当予以扣除，不能被有效使用。并且随着水库泥沙冲淤的运动变化，水库中的滞留库容也会相应的产生运动变化，因此实时动态的计算滞留库容，有利于掌握水库淤积形态的变化。当前我们通常确定滞留库容的方式为确定统一的水位，根据水库库容曲线查找死水位对应的库容作为滞留库容，这种方式适用于库容冲淤变化较小的水库，对于泥沙库区泥沙冲淤变化较大的水库，尤其是容易在库区支流河口形成拦门沙坎的水库，此方法计算的滞留库容是不够准确的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制定大断面数据测量成果的内容和数据结构规范；2)采用横断面法计算相邻断面间不同高程之间的分级库容；3)确定每个大断面的中泓点高程；4)确定断面间的死水位，以下游断面的中泓点高程为断面间死水位计算相邻断面间的滞留库容；5)确定库区支流河口断面的中泓点高程，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个河流的滞留库容；6)确定水库死水位，以水库水工建筑物所确立的死水位为依据，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个水库的滞留库容。进一步的，所述步骤1)包括大断面数据测量、测量要素内容、测量要素数据存储。大断面数据测量：通过测深仪沿着断面方向进行扫描测量；测量要素内容：测量点的经纬度、测量时水位、水深、测量时间和测量仪器，然后根据每个断面的起始点经纬度、结束点经纬度和测量点的经纬度计算起点距，根据测量时水位和测量的水深值计算测量点的河底高程；测量要素数据存储：每次对某个水域区域的测量可以定义为一个测次，大断面测次定义包括测次名称、测次时间、创建时间和描述4个要素，测次名称用于定义进行的某一次测量的唯一标识，测次时间表示测量整理数据的时间，创建时间表示数据导入系统的时间，描述用于记录该次测量需要说明提示的信息；每个大断面的信息定义包括测次名称、断面编码、测量日期、测深工具、水位和是否高程不足5个要素，断面编码是标识某一个断面的唯一索引编码，测量日期是该大断面信息测量的时间，测深工具表示该大断面数据采用什么仪器进行测量的，水位表示测量时的水位，是否高程不足表示测量时该断面是否测量到了最高水位以上的高程；每个大断面测量过程数据模型，包括测次名称、断面代码、起点距、河底高程、说明信息和是否借用6个要素，起点距表示断面上的测量点距离0起点距位置的直线距离，采用米为单位，河底高程表示该起点距位置河底对应的地形高程，说明信息用于记录该点测量值需要说明的提示信息，是否借用用于标识该数据点是源于实际测量还是从邻近测次中借用过来的数据。进一步的，所述步骤2)具体为：假设将上下两个断面间的河道按概化间距拉直后，其容积立体构成一个截锥体：上下断面分别对应该截锥的两个底面，概化间距对应截锥的高，在截锥体假设的情况下，计算区段内的任意河道横断面在宽和深两个方向上都被认为是沿河长线性变化的，截锥体积公式为：其中A前断面表示前断面的截面面积，A后断面表示后断面的截面面积，B断面间距表示前后断面间的平均断面间距，V断面区段表示相邻前后断面间的体积。进一步的，所述步骤3)包括如下步骤：31)按照起点距从小到大的顺序排列起点距～河底高程对应数据点；32)检查是否有起点距重复的数据点，若没有重复则执行步骤33)，若有重复则根据河底高程的变化趋势判断两个起点距一样的数据点的前后顺序，然后将后一个起点距进行后移处理，再执行步骤33)；33)采用平滑算法对数据点进行平滑处理；34)遍历寻找起点距～河底高程数据点中，河底高程最低的数据点，以此数据点为分界点将大断面的数据分为左岸断面和右岸断面，分别检查左、右岸断面的最大河底高程是否满足测量的最低测量高程要求，如果满足，该点即可确定为该大断面的中泓点，如果不满足，表示该断面测量不完整，需要对断面进行补充测量，如不具备补测条件，则借用该断面上一次的测量成果进行完善。进一步的，所述步骤4)包括如下步骤：41)根据横断面法计算出的断面间不同高程之间的分级库容转化为断面间高程～库容曲线；42)采用中泓点高程查值计算所对应的库容，该库容值为相邻两个断面间的滞留库容。进一步的，所述步骤5)包括如下步骤：51)将支流上的n个断面按照从下游到上游的顺序进行排列记为(S1,S2,S3,···,Sn)，Sn为支流上的第n个断面；52)按照步骤3)的方式确定每个断面的中泓点高程，记为(Z1,Z2,Z3,···,Zn)，Zn为支流上的第n个断面的中泓点高程；53)从河口断面开始往上游方向，依次计算相邻断面间的滞留库容，在上下游之间虚拟两个断面，一个为河口虚拟断面，另一个为上游末端虚拟断面，河口虚拟断面的大断面曲线表示为S0'，表示河口虚拟断面的中泓点高程表示为Z0'，其中S0'＝S1,Z0'＝Z1，上游末端虚拟断面的大断面曲线表示为S'n+1，上游末端虚拟断面的中泓点高程表示为Z'n+1，其中S'n+1＝Sn,Z'n+1＝Zn，按照从下游到上游的顺序,这个整个支流的断面记为(S0',S1,S2,···,Sn,S'n+1)，通过步骤2)计算出相邻断面间的高程～库容曲线记为(f(Z)0,f(Z)1,···,f(Z)n)，中泓点高程记为(Z0',Z1,Z2,···,Zn,Z'n+1)，通过步骤4)得到断面间的滞留库容记为(R0＝f(Z0'),R1＝f(Z1),R2＝f(Z2),···,Rn＝f(Zn))；54)从河口断面往上游方向依次迭代累计计算以河口断面的中泓点高程为基准计算整个河流支流的滞留库容，迭代计算方法如下：从下游往下游方向进行遍历循环，定义支流的滞留库容为R支流＝R0，记初始的死水位为Z初始＝Z'0，Zi表示任意下游断面对应的中泓点高程，Ri表示与Zi相对应的相邻断面间的滞留库容，如果Zi≥Z初始，那么从Z'0至Zi的滞留库容为R支流＝R支流+Ri，赋值Z初始＝Zi；如果Zi<Z初始,那么断面Si至Si+1之间的库容大于Ri，为R′i＝f(Z初始)i，那么从Z'0至Zi的滞留库容为R支流+＝R′i。进一步的，所述步骤6)包括如下步骤：61)确定水库的死水位，记为Zd；62)将水库库区所有的干支流河流建立唯一可辨识的编号对象，记为(L1,L2,···,Lm)，Lm为第m个干支流河流的编号对象；63)任意一条河流上的断面拓扑定义按照步骤5)进行操作，记为(Lj(S0',S1,S2,···,Sn,S'n+1))，第j条河流上的第i个断面可记为Lj(Si)，第j条河流上计算出相邻断面间的高程～库容曲线，记为Lj(f(Z)0,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制定大断面数据测量成果的内容和数据结构规范；2)采用横断面法计算相邻断面间不同高程之间的分级库容；3)确定每个大断面的中泓点高程；4)确定断面间的死水位，以下游断面的中泓点高程为断面间死水位计算相邻断面间的滞留库容；5)确定库区支流河口断面的中泓点高程，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个河流的滞留库容；6)确定水库死水位，以水库水工建筑物所确立的死水位为依据，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个水库的滞留库容。

【技术特征摘要】
1.一种基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制定大断面数据测量成果的内容和数据结构规范；2)采用横断面法计算相邻断面间不同高程之间的分级库容；3)确定每个大断面的中泓点高程；4)确定断面间的死水位，以下游断面的中泓点高程为断面间死水位计算相邻断面间的滞留库容；5)确定库区支流河口断面的中泓点高程，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个河流的滞留库容；6)确定水库死水位，以水库水工建筑物所确立的死水位为依据，采用断面间逐级滞留库容迭代累计计算法计算整个水库的滞留库容。2.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，所述步骤1)包括大断面数据测量、测量要素内容、测量要素数据存储。大断面数据测量：通过测深仪沿着断面方向进行扫描测量；测量要素内容：测量点的经纬度、测量时水位、水深、测量时间和测量仪器，然后根据每个断面的起始点经纬度、结束点经纬度和测量点的经纬度计算起点距，根据测量时水位和测量的水深值计算测量点的河底高程；测量要素数据存储：每次对某个水域区域的测量可以定义为一个测次，大断面测次定义包括测次名称、测次时间、创建时间和描述4个要素，测次名称用于定义进行的某一次测量的唯一标识，测次时间表示测量整理数据的时间，创建时间表示数据导入系统的时间，描述用于记录该次测量需要说明提示的信息；每个大断面的信息定义包括测次名称、断面编码、测量日期、测深工具、水位和是否高程不足5个要素，断面编码是标识某一个断面的唯一索引编码，测量日期是该大断面信息测量的时间，测深工具表示该大断面数据采用什么仪器进行测量的，水位表示测量时的水位，是否高程不足表示测量时该断面是否测量到了最高水位以上的高程；每个大断面测量过程数据模型，包括测次名称、断面代码、起点距、河底高程、说明信息和是否借用6个要素，起点距表示断面上的测量点距离0起点距位置的直线距离，采用米为单位，河底高程表示该起点距位置河底对应的地形高程，说明信息用于记录该点测量值需要说明的提示信息，是否借用用于标识该数据点是源于实际测量还是从邻近测次中借用过来的数据。3.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：假设将上下两个断面间的河道按概化间距拉直后，其容积立体构成一个截锥体：上下断面分别对应该截锥的两个底面，概化间距对应截锥的高，在截锥体假设的情况下，计算区段内的任意河道横断面在宽和深两个方向上都被认为是沿河长线性变化的，截锥体积公式为：其中A前断面表示前断面的截面面积，A后断面表示后断面的截面面积，B断面间距表示前后断面间的平均断面间距，V断面区段表示相邻前后断面间的体积。4.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，所述步骤3)包括如下步骤：31)按照起点距从小到大的顺序排列起点距～河底高程对应数据点；32)检查是否有起点距重复的数据点，若没有重复则执行步骤33)，若有重复则根据河底高程的变化趋势判断两个起点距一样的数据点的前后顺序，然后将后一个起点距进行后移处理，再执行步骤33)；33)采用平滑算法对数据点进行平滑处理；34)遍历寻找起点距～河底高程数据点中，河底高程最低的数据点，以此数据点为分界点将大断面的数据分为左岸断面和右岸断面，分别检查左、右岸断面的最大河底高程是否满足测量的最低测量高程要求，如果满足，该点即可确定为该大断面的中泓点，如果不满足，表示该断面测量不完整，需要对断面进行补充测量，如不具备补测条件，则借用该断面上一次的测量成果进行完善。5.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，所述步骤4)包括如下步骤：41)根据横断面法计算出的断面间不同高程之间的分级库容转化为断面间高程～库容曲线；42)采用中泓点高程查值计算所对应的库容，该库容值为相邻两个断面间的滞留库容。6.根据权利要求1所述的基于大断面测量数据计算滞留库容的方法，其特征在于，所述步骤5)包括如下步骤：51)将支流上的n个断面按照从下游到上游的顺序进行排列记为(S1,S2,S3,···,Sn)，Sn为支流上的第n个断面；52)按照步骤3)的方式确定每个断面的中泓点高程，记为(Z1,Z2,Z3,···,Zn)，Zn为支流上的第n个断面的中泓点高程；53)从河口断面开始往上游方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，赵珂，董泽亮，姚峰，王建平，王峰，张荣凤，刘岂，安静泊，朱旭萍，
申请(专利权)人：南京南瑞水利水电科技有限公司，水利部小浪底水利枢纽管理中心，黄河水利水电开发总公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32