实时糙率分段估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供实时糙率分段估计方法及系统，基于渠道分段进行糙率水位联合估计，描述系统真实的水情变化和发展趋势，实现渠道糙率的准确、细化估计。方法包括：步骤1，根据渠道的水力变化和糙率估计精度分割渠道，将其分成若干距离不等的渠段；步骤2，基于分段情况，建立水位、糙率估计的状态空间方程，以不断添加观测数据更新状态量，实现实时估计的过程；步骤3，估计每个渠段内的糙率值。系统包括：渠道分段部，根据渠道的水力变化和糙率估计精度分割渠道，将其分成若干距离不等的渠段；更新估算部，建立水位、糙率估计的状态空间方程，以不断添加观测数据更新状态量，实现实时估计的过程；糙率计算部，估计每个渠段内的糙率值；以及控制部。以及控制部。以及控制部。

【技术实现步骤摘要】
实时糙率分段估计方法及系统


[0001]本专利技术属于水利
，具体涉及实时糙率分段估计方法及系统。

技术介绍

[0002]水资源匮乏问题会限制当地农业、工业、生活可支配的水量，从而极大程度局限地域发展和经济进步。为缓解水资源分配不均的问题，修建了不少长距离跨流域调水工程。长距离的引调水工程具有线路长、跨度广、交叉建筑物众多的特点，是较为复杂的大型系统。
[0003]对于输水系统来说，不确定因素较多，运行风险较大，故水情信息的收集和分析十分重要。水力模型可通过仿真弥补时空密度上信息的不足，并且通过模型更新反映系统的实时状态，保证输水系统的安全和高效。在水力模型中，确定糙率参数是一维明渠数值模拟的关键问题。糙率在实际工程中无法被直接测量，且影响因素众多，故探究糙率值的变化规律和开发估计方法一直是水力学中的重要研究课题。
[0004]输水渠道在运行一段时间后，由于衬砌表面混凝土老化和着生藻类的影响，渠道的糙率会发生逐年的变化。另外，大型输水系统面临调水任务重，输水流量大的挑战，这会导致水流速度快，水体的沉淀时间短，从而水体流向下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实时糙率分段估计方法，其特征在于，包括：步骤1，根据渠道的水力变化和糙率估计精度分割渠道，将其分成若干距离不等的渠段；根据明渠恒定非均匀流方程推导出初始水位；在相邻的两个断面使用方程，从最下游的断面反推到最上游的断面，式中使用的糙率值为整个渠道的糙率值，由EnKF算法根据渠道内观测水位估计，得到两个指定断面之间的水位差；在这个过程中，水位差是时变的，观测流量是时变的，使用EnKF算法更新渠段糙率值；用循环计算的方式寻找适宜的分段长度，相邻两个循环之间水位差的关系如下：ΔZ
(r)
＝ΔZ
(r
‑
1)
+Δz
ꢀꢀꢀꢀ
(公式1)式中，ΔZ为两断面之间的水位差；r为循环次数；Δz为相邻两循环之间的水位差增量；循环终止条件为：V
(r)
‑
V
(r
‑
1)
≤μ
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式2)式中，V
(r)
和V
(r
‑
1)
分别为第r和(r
‑
1)次循环中糙率值的方差；μ为相邻两个循环之间方差之差的限值；循环终止时，最后一个循环的方差则对应适宜的分段断面水位差，进而确定其对应的分段长度；步骤2，基于分段情况，建立水位、糙率估计的状态空间方程，以不断添加观测数据更新状态量，实现实时估计的过程；步骤3，估计每个渠段内的糙率值。2.根据权利要求1所述的实时糙率分段估计方法，其特征在于：其中，步骤1中，在确定适宜的分段长度后，将其作为渠道分段的参考，另外还需考虑两个影响糙率变化的因素：断面尺寸变化处、取水口处；应综合考虑水力因素和糙率估计精度，基于以下原则进行渠道分段设计：(1)对渠道分别独立考虑水利条件的变化和糙率估计精度的影响进行初步分段：将断面尺寸变化处、取水口处作为分段处，进行分段；根据分段长度进行分段；(2)若按原则(1)的分段长度小于适宜的分段长度的一半，则删减断面，使分段长度满足适宜长度的要求；(3)若按原则(1)的分段长度大于适宜的分段长度的1.5倍，则在原有分段中添加断面，缩小断面间距。3.根据权利要求2所述的实时糙率分段估计方法，其特征在于：其中，在步骤1中，基于原则(1)，将根据适宜分段长度设置的断面为SA类断面，将根据断面变化处和分水口处设置的断面为SB类断面；基于原则(2)和(3)，对SA和SB这两类断面进行处理，得到合适的断面：此时任意两个断面之间的间隔长度会有两种情况，1)若实际分段长度小于适宜的分段长度的一半，则为不合适的分段长度；如任意一断面为闸门，则删除SB类断面；如任意一断面为SA类断面，则删除SA类断面；如两断面皆为SB类断面，则删除上游侧SB类断面；2)若实际分段长度大于适宜分段长度的一半但小于或等于适宜分段长度，则为合适的分段长度，可同时保留当前分段断面；处理后得到的断面作为最终分段依据，相邻断面围成分段后的一个渠段。4.根据权利要求1所述的实时糙率分段估计方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，基于分段断面水位差根据明渠恒定非均匀流公式，确定其对应的分段长度。5.根据权利要求1所述的实时糙率分段估计方法，其特征在于：其中，在步骤3中，在不采用渠道沿程的中间断面水位观测数据的情况下，基于已分段的渠道以及估计得到的各断面水位，进一步估计各段的糙率值；考虑水位观测量不足情况下的分段糙率估计步骤如下：步骤3
‑
1，根据相邻两个节制闸的观测断面水位，使用EnKF算法，以状态空间方程估计整个渠段的糙率值n0；步骤3
‑
2，根据上一步骤的糙率值，基于明渠水力学公式，迭代推求各分段断面的水位Z0；该水位作为EnKF更新沿程水位的初始值；步骤3
‑
3，使用EnKF算法估计渠段沿程的未测量断面水位Z
j
，该估计水位用于下一步骤估计分段糙率值；步骤3
‑
4，根据各断面水位的时间序列，使用EnKF算法估计每个渠段的糙率值n
j
；在此取估...

【专利技术属性】
技术研发人员：管光华，刘王嘉仪，冯晓波，李枭华，杨梦薇，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：