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申请/专利权人：中国长江电力股份有限公司

摘要：本发明公开一种水文‑水力学耦合的河道型水库调洪演算方法，包括：从河道型水库入库流量控制站的前期实况和未来预报流量过程、区间支流实况流量和预报降雨出发；采用水文学方法，将入库站洪水过程演算到水库回水末端，采用水文预报模型将区间支流产流演算至水库交汇处；以水文学方法计算的回水末端断面洪水过程、水文模型计算的区间支流洪水过程、水库出库流量过程作为一维非恒定流水动力学模型计算边界条件，建立了河道型水库水文‑水动力学调洪演算模型；本发明围绕河道型水库坝前水位调洪计算精度差的难题，结合水文、水力学方法调洪演算特点，建立了河道型水库水文‑水力学调洪演算模型，为准确预测河道型水库水位过程提供了一种新的方法。

主权项：1.一种水文-水动力学耦合的河道型水库调洪演算方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1、根据河道型水库区间产汇流特性，将区间划分为不同的产汇流单元，选用合适水文模型并对参数进行率定；步骤2、用水文学方法将控制站流量演算至库尾回水末端；用水文模型将区间流量演算至水库河道干流交汇处；步骤3、以库尾回水末端流量过程、水库河道汇入点各区间流量过程、出库流量过程为输入，采用水力学方法，对流量进行演算，输出水库区间沿程站点水位，并用实测数据对水力学模型参数进行率定；步骤1.1、区间子分区划分：在建立区间水文预报模型时，首先基于流域DEM推求流域流水网；为了在流域水文模拟中考虑流域降雨及下垫面水文特性的空间差异，再利用ArcGIS软件按给定集水面积的阈值，对流域水网进行单元面积的划分；结合流域下垫面产汇流特性和流域站网情况，在同一流水网合并产汇流特性相似的单元，最终将区间划分为m个子分区；利用GIS空间分析功能，以数字高程模型为基础，提取流域下垫面特征值，分析地形对径流过程的作用，为流域水文模型参数率定提供定量依据；步骤1.2、构建预报方案：在构建预报方案时，基于GIS自动提取或人工给定模型相关的信息，包括集水面积、引用蒸发站、面雨量计算所引用的雨量站点及其计算权重、下游出口站点信息；对于河道汇流模型，提取河道上下游断面、区间入流点、河道平均汇流时间；根据河流的自然流向，沿程建立各流域产汇流分区间的水力联系，重构分区间拓扑，使上下游、左右岸的水系链接符合天然水系状态，并以此建立水文模拟分区间的水力联系；步骤1.3、模型参数率定：根据流域特性对蒸散发和产、汇流相关参数及状态变量提供初始值；然后作次洪模型参数调试，确定模型参数；若区间流域为无资料地区，则通过移用相邻区域参数，再结合检验洪水过程对参数进行调整；河道演算部分采用分段的马斯京根法，对模型参数的率定分为两部分进行：首先进行河段的模型参数率定，然后再进行河系连续演算，将干流河段率定的参数进行再检验，评判区间降雨径流模型参数的合理性；完成方案构建与模型参数率定后，对整个流域洪水预报方案进行整体计算，进一步评价预报方案的精度，评价合格的方案可进行实际的作业预报；所述步骤3具体为：步骤3.1建立库区洪水演进模型：3.1.1建立河道水流运动方程：模型计算选用的描述水流运动的基本方程为：水流连续方程（1）水流运动方程（2）式中：角标为断面号；为流量；为水位；为过水面积；为子区间流量；为时间；为沿流程坐标；为断面流量模数；3.1.2建立汊点连接方程：1）流量衔接条件：进出每一汊点的流量必须与该汊点内实际水量的增减率相平衡，即： 3 为汊点的蓄水量，如将该点概化为一个几何点，则；2）动力衔接条件：汊点可以概化为一个几何点，出入各个汊道的水流平缓，不存在水位突变的情况，则各汊道断面的水位应相等，即： 43.1.3设定边界条件：计算中不对某单一河道单独给出边界条件，而是将纳入计算范围的水库干支流河道作为一个整体给出边界条件，各干支流进口给出流量过程，模型出口给出水位过程、流量过程或水位流量关系；步骤3.2模型求解：采用三级解法对水流方程进行求解，首先对水流方程1和2采用普列斯曼的四点隐式差分格式进行离散，可得差分方程如下： 5 6式中、为系数；为流量；为水位，式中系数均按实际条件推导得出；假设某河段中有个断面，将该河段中通过差分得到的微段方程5和6依次进行自相消元，同时可将未知数集中到汊点处，即可得到该河段首尾断面的水位流量关系： 7 8式中，，，，，为系数，由实测资料得出；、分别为河段首、尾断面流量；、分别为河段首、尾水位；将边界条件和各河段首尾断面的水位流量关系代入汊点连接方程，建立起以水库干支流河道各汊点水位为未知量的代数方程组，求解此方程组得各汊点水位，逐步回代可得到河段端点流量以及各河段内部的水位和流量；步骤3.3模型参数率定：由于糙率是影响水力学模型精度的主要因素，重点结合实测资料对水库库区不同河段的糙率进行率定；计算总体误差：式中：为第mL个断面，n场洪水过程预测水位的平均误差；为模型测算水位；为实测水位；tt为第洪水场次；第mL个断面绝对平均误差最小，则对应糙率为模型最终采用糙率值。

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