提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法及计算机设备与流程

本发明涉及流域水环境，具体地说涉及提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法及计算机设备。

背景技术：

1、通过流域水环境模型的模拟能够预测排水系统中管网液位的变化，为流域调度争取先机，降低流域水安全水环境风险。目前，流域水环境模型的应用以离线模拟较为常见，存在的共同问题是模拟结果准确度低、实用性差。在现有技术中，可采用接入整个流域的实时边界条件的方式，提高在线模拟的准确度，然而，由于存在流域面积大、实时数据量有限、降雨空间分部不规律等现实问题，导致该方式在经济和技术方面难以完美实现。

技术实现思路

1、本发明提供的一种有效提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法及计算机设备，可至少解决上述技术问题之一。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，包括以下步骤：

4、s1：方案库的构建：根据历史降雨数据、设计降雨数据和闸堰调度规则，构建基于不同工况的方案库；

5、s2：方案库中数据库的生成：方案库批量模拟生成out结果文件，流域水环境模型根据实时工况不断滚动计算，也批量生成out结果文件，将上述所得的所有out文件一一解析生成多个hsf文件，并存在方案库中；

6、s3：在流域水环境模型模拟的初始时刻，对于观测水位的监测数据能否获取以及异常与否分别进行判断；

7、s4：流域水环境模型初始场的同化：当水位数据能够获取且全部正常时，将该水位数据与所述s2中数据库内对应的关键水位数据进行比对，利用同化计算目标函数，找到对应的模拟初始场，进入模拟；

8、当水位数据不能获取或全部异常时，使用前期同化后的hsf文件作为模拟的初始场，进入模拟；

9、s5：方案库中数据库的补充：锁定所述s4不同情况下分别对应的初始场进行模拟，并持续滚动更新。

10、进一步地，所述s2中，所述out结果文件是指在对应的历史降雨量、设计降雨量及闸堰调度规则下，模拟生成的管网水位数据。

11、进一步地，所述s2中，所述hsf文件是hoops stream format file的缩写，通常以.hsf为扩展名，hsf文件是在hoops流格式中创建的文件，用于存储和交换历史降雨量、设计降雨量、闸堰调度规则及管网水位数据此类数据。

12、进一步地，所述s3中，利用液位在线监测仪器对观测水位的数据进行实时在线读取，所述液位在线监测仪器安装在管网中，读取频率为5min/次。

13、进一步地，所述s3中，在水位数据成功读取后，要结合管道的管顶管底标高的范围，进行数据异常与否的判断：

14、(1)、第一级判断：根据管网内该监测点位的管底和管顶高程，高程数值范围内的水位数据为正常数据，超出高程数值范围的水位数据则为异常数据；

15、(2)、第二级判断：将通过第一级判断后的正常的水位数据，与上一时刻的监测数据进行对比：

16、当未发生降雨时，当前时刻监测的水位数据与上一时刻监测的水位数据两者之间的数据差值，不应超过晴天工况下管网历史数据中每5min一次的液位差值上限，超出的水位数据则为异常数据；

17、若上一时刻监测的水位数据为无效数据，则取再上一时刻监测的水位数据，此时的判断依据为差值不应超出晴天工况下管网历史数据中每10min一次的液位差值上限，超出的水位数据则为异常数据，以此类推，直至上一个水位数据为有效数据，且当上一个有效数据所在时刻与当前时刻之间的时间差超过12h时，则直接认定当前时刻监测的水位数据为正常数据；

18、当发生降雨时，当前时刻监测的水位数据与上一时刻监测的水位数据两者之间的数据差值，不应超过雨天工况下管网历史数据中的每5min一次的液位差值上限，超出的水位数据则为异常数据；

19、若上一时刻监测的水位数据为无效数据，则取再上一时刻监测的水位数据，此时的判断依据为差值不应超出晴天工况下管网历史数据中每10min一次的液位差值上限，超出的水位数据则为异常数据，以此类推，直至上一个水位数据为有效数据，且当上一个有效数据所在时刻与当前时刻之间的时间差超过24h时，则直接认定当前时刻监测的水位数据为正常数据。

20、进一步地，所述s4中，所述同化计算目标函数为：

21、j(x)＝∑[wi×(oi-h(x))2]+∑[wj×(x-xb)2]

22、其中：

23、j(x)是目标函数，表示同化后初始场x与观测管网液位数据和背景场液位之间的差异；

24、oi是指观测管网液位，h(x)是观测算子，它将同化后的初始场x转换到观测空间，单位为m；

25、wi是指不同初始场下观测数据的权重，用于反映不同观测值在同化过程中的重要性，单位为％；

26、xb是指模式背景场，即同化前的初始场管网液位，单位为m；

27、wj是指背景场的权重，用于平衡观测数据和背景场在同化过程中贡献，单位为％。

28、进一步地，所述s5中，模拟过程以10min/次的频率滚动进行，计算生成out结果文件后，存入方案库中用作准备与补充。

29、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法的步骤。

30、本发明的有益效果体现在：

31、本发明利用流域内有限的在线监测数据形成既有方案库，在模拟的初始时刻通过对监测数据判断后，与方案库内的数据进行对比，形成同化计算目标函数，锁定对应的模拟初始场开始模拟，并不断更新方案库，能够提高流域水环境模型的在线模拟准确度，不仅有效提升了管网液位预测结果的准确度，为流域调度提供有力数据支撑，还有效保障了流域水安全，减少城市内涝及河道漫滩的频次，大大提高居民生活环境保障。

技术特征：

1.一种提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s2中，所述out结果文件是指在对应的历史降雨量、设计降雨量及闸堰调度规则下，模拟生成的管网水位数据。

3.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s2中，所述hsf文件是hoops stream format file的缩写，通常以.hsf为扩展名，hsf文件是在hoops流格式中创建的文件，用于存储和交换历史降雨量、设计降雨量、闸堰调度规则及管网水位数据此类数据。

4.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s3中，利用液位在线监测仪器对观测水位的数据进行实时在线读取，所述液位在线监测仪器安装在管网中，读取频率为5min/次。

5.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s3中，在水位数据成功读取后，要结合管道的管顶管底标高的范围，进行数据异常与否的判断：

6.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s4中，所述同化计算目标函数为：

7.如权利要求1所述的提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，其特征在于，所述s5中，模拟过程以10min/次的频率滚动进行，计算生成out结果文件后，存入方案库中用作准备与补充。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种提高流域水环境模型在线模拟准确度的方法，包括以下步骤：S1：方案库的构建；S2：方案库中数据库的生成；S3：在流域水环境模型模拟的初始时刻，对于观测水位的监测数据能否获取以及异常与否分别进行判断；S4：流域水环境模型初始场的同化；S5：方案库中数据库的补充。本发明能够有效提高管网内液位预测的准确程度，通过提前预测的液位数据，可以提前调度流域内设施运行启闭的工作状态，为流域调度提供有力数据支撑，有效保障流域水安全，大大减少了内涝溢流的频次。技术研发人员：高芳,陈俊,鄢壮,张诗雄,刘畅,刘军,张延军,邹静,陈聪,张静,李帅,李明蔚受保护的技术使用者：中建三局绿色产业投资有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1