一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法技术

本发明专利技术公开一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤一、获取湖泊水位、面积和库容数据，建立水位

【技术实现步骤摘要】
一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法


[0001]本专利技术涉及湖泊水资源管理、水文测量和水文水动力模型数据处理领域，尤其是涉及一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法。

技术介绍

[0002]对湖泊进行水动力研究时，水量平衡计算至关重要，湖泊水量平衡是指在某一时段内，入湖总水量与出湖总水量之差等于该时段始末的蓄水变量，即湖泊每天的出流和入流流量的变化与每天的蓄水量变化一致。现进行水量平衡考虑的入湖水量主要包括入湖河道径流、大气降水、地下水渗入等，出湖水量包括出湖河道径流、人类活动取水、蒸散发及地下水渗漏等。其中，由于通过仪器设备监测获取的出入湖河道径流量和大气降水量会因天气条件、设备故障、监测方法不准确等问题与实际值产生误差；而蒸散发、地下渗漏、人类活动取水等参数难以测量，以上原因造成的数据缺失和数据误差会对水量平衡计算的准确性和分析结果的科学性产生影响。
[0003]水量平衡计算模型要求模拟水量和实测水量的一致性，目前常用的湖泊水量平衡计算方法有：仪器监测、水文巡测、遥感和卫星反演、模型模拟、同位素示踪地下水组分等。采用设备直接观测不仅安装费用较高，日常维护和观测需要大量的人力物力，且观测精度也常常受到各种不可控因素而出现误差。而模型模拟计算是本领域从业者经常采用的方法，但是其模拟水量和实测水量往往也存在很大的偏差，而且进行长期水量平衡计算的工作量大，给后期的研究和分析工作造成困扰。因此，需要探索一种科学合理的水量平衡计算方法，以减小水量平衡计算误差，降低计算难度。

技术实现思路
/>[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，通过在模型中引入水量补偿值，水量平衡计算的误差小，精度高。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，包括下列步骤：
[0007]步骤一、获取湖泊水位数据，建立水位
‑
面积
‑
库容曲线；
[0008]步骤二、建立一维水动力模型，根据模型计算模拟库容变量值；
[0009]步骤三、根据每日模拟库容变量值与步骤一中实测库容变量值之间的差值，计算日水量补偿值；
[0010]步骤四、将日水量补偿值补入一维水动力模型中，进行迭代补偿计算；
[0011]步骤五、当一次迭代运算模拟库容变量值与实测库容变量值拟合度达到设定值，停止迭代计算。
[0012]进一步的，所述步骤二中的一维水动力模型方程式是：
[0013]V
rain,i
‑
V
evp,i
+Q
sI,i
‑
Q
so,i
±
ΔV
mod,i
±
η
i
‑1＝0
……………………
(1)
[0014]因此，一维水动力模型蓄水变量值的计算公式：
[0015]ΔV
mod,i
＝V
rain,i
‑
V
evp,i
+Q
sI,i
‑
Q
so,i
±
η
i
‑1……………………
(2)
[0016]式中，V
rain,i
为第i天降雨量引起的湖泊水量变化值；V
evp,i
为第i天水体表面的蒸发量；Q
sI,i
为第i天区域外进入本水体的地表水的入流量；Q
so,i
为第i天从本水体流向外区的地表水出流量；ΔV
mod,i
表示第i天模拟蓄水变量值，η
i
‑1为第i
‑
1天的湖泊水量补偿值，其中i为1时，η
i
‑1为0。
[0017]进一步的，所述步骤三中，
[0018]η
i
＝ΔV
obs,i
‑
ΔV
mod,i
……………………
(3)；
[0019]η
i
‑1＝ΔV
obs,i
‑1‑
ΔV
mod,i
‑1……………………
(4)；
[0020]其中，ΔV
obs,i
表示第i天的实测蓄水变量值，ΔV
mod,i
表示第i天模拟蓄水变量值，η
i
为第i天湖泊水量补偿值，η
i
‑1为第i
‑
1天湖泊水量补偿值。
[0021]进一步的，区域外进出本水体的地表水的计算公式为：
[0022][0023][0024]式中，Q
I,i
为第i天内入湖河流的日径流量(m3)，Q
S,i
为第i天内出湖河流的日径流量(m3)，n与m分别为入湖和出湖河道数量。
[0025]进一步的，
[0026]式中，P
i
为第i天气象站点内的平均降雨量(m)；a
i
为第i天气象站点所代表的面积(m)；A＝∑a
i
代表湖泊的表面积(m)。
[0027]进一步的，湖泊、水库的水面蒸发总量可用Penman方法计算，其表达形式如下：
[0028][0029]式中，V
i
和T
i
分别为第i天地面以上2m处的风速(m
·
s
‑1)和平均气温(℃)，W
i
为相对湿度，s(T
i
)为饱和水汽压
‑
气温曲线在T
i
处的斜率(hpa
·
℃
‑1)，K
E
为常数1.26
×
10
‑6(m
·
s
‑1)，ρ
W
为水的密度(kg
·
m
‑3)，λ
V
为水的蒸发潜热，取2.453
×
106(J
·
kg
‑1)，γ为湿度计常数(0.66hpa
·
℃
‑1)，K和L分别为当日短波辐射(W
·
m
‑2)和长波辐射(W
·
m
‑2)；
[0030]e
sat
(T
i
)为第i天的饱和水汽压(hpa)，其计算公式为：
[0031][0032]进一步的，所述步骤五中模拟库容变量值与实测库容变量值拟合度用模拟效率系数NSE表示，其中NSE≤1；
[0033][0034]其中，表示实测平均值，N代表一次迭代运算的模拟库容变量值的个数。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本专利技术公开一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤一、获取湖泊水位数据，建立水位
‑
面积
‑
库容曲线；步骤二、建立一维水动力模型，根据模型计算模拟库容变量值；步骤三、根据每日模拟库容变量值与步骤一中实测库容变量值之间的差值，计算日水量补偿值；步骤四、将日水量补偿值补入一维水动力模型中，进行迭代补偿计算；步骤五、当一次迭代运算模拟库容变量值与实测库容变量值拟合度达到设定值，停止迭代计算。2.根据权利要求1所述的一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，其特征在于：所述步骤二中的一维水动力模型方程式是：V
rain，i
‑
V
evp，i
+Q
sI，i
‑
Q
so，i
±
ΔV
mod，i
±
η
i
‑1＝0
……………………
(1)因此，一维水动力模型蓄水变量值的计算公式：ΔV
mod，i
＝V
rain，i
‑
V
evp，i
+Q
sI，i
‑
Q
so，i
±
η
i
‑1……………………
(2)式中，V
rain，i
为第i天降雨量引起的湖泊水量变化值；V
evp，i
为第i天水体表面的蒸发量；Q
sI，i
为第i天区域外进入本水体的地表水的入流量；Q
so，i
为第i天从本水体流向外区的地表水出流量；ΔV
mod，i
表示第i天模拟蓄水变量值，η
i
‑1为第i
‑
1天的湖泊水量补偿值，其中i为1时，η
i
‑1为0。3.根据权利要求1或2所述的一种基于一维水动力模型的湖泊水量平衡计算方法，其特征在于：所述步骤三中，η
i
＝ΔV
obs，i
‑
ΔV
mod，i
……………………
(3)；η
i
‑1＝ΔV
obs，i
‑1‑
ΔV
mod，i
‑1……………………
(4)；其中，ΔV
obs，i
表示第i天的实测蓄水变量值，ΔV

【专利技术属性】
技术研发人员：罗潋葱，龚发露，赵海霞，罗纯良，李加龙，张如枫，陈岚，武桂竹，张舰，孙婷，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：