多阻断长河系水库群洪水连续演进预报调度方法及系统与流程

本发明涉及水文水资源预报调度，尤其涉及多阻断长河系水库群洪水连续演进预报调度方法及系统。

背景技术：

1、准确的入库洪水预报是实现水库群精细、精准调度和科学、快速决策的重要基础。然而，水库调控改变了洪水天然连通属性、形成了由多个河道、水库、河道基本单元串并联衔接而成的复杂河、库系统，原有天然河系逐步演变成多阻隔新格局，洪水演进的连续性遭到破坏，梯级水库群预报调度面临入库洪水过程连续演进计算的巨大挑战。

2、以往单一水库调度，主要依赖调度规则和专家经验解决洪水演进的连续性问题；而这一技术思路难以适用水库联合运用和长河系连续演算要求，迫切需要寻找新方案破解多阻断问题。因此，如何打通长河系多阻断节点，实现梯级水库入库洪水连续演算的“一卡通”是水文预报与水库调度领域目前面临的关键难题。

3、其中，“一卡通”，是指梯级水库群洪水演进过程可以实现逐一连续计算，洪水传播到一个水库，调用水库的调度规则即可完成预报计算，继续向下游水库演进。与一卡通的相同点是“刷卡就过”，可以连续往下演进，不同点在于没有实体卡，而且每个水库的“卡”是不一样的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了多阻断长河系梯级水库群连续演进预报调度方法及系统，解析梯级水库群系统结构、量化水库调度运行影响下洪水演进过程，实现多阻断长河系连续自动演算。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明提供了多阻断长河系梯级水库群连续演进预报调度方法，包括：

4、s1、解析梯级水库群系统物理结构，定量刻画河、库系统组成特性，并确定方程式为：

5、；

6、其中，为河库系统；为第个系统基本组成单元，是表征所在位置、上下游单元数量、调度规则的多维向量，维度由表征因子的具体数量确定；为系统基本组成单元的序号，；为基本组成单元数量，即系统中能够解析为河道、水库、河道基本单元的个数；

7、s2、基于河、库系统的组成特性，概化系统每一个组成单元的上、下游水力联系，并量化波形特征，分别建立坝上游和坝下游洪水演进过程方程：

8、；

9、；

10、其中，为第个系统基本组成单元第时刻的水库入库流量，m3/s；为第个系统基本组成单元第个上游单元第时刻的来水，m3/s，其中；为第个上游单元第时刻的水库出库流量，m3/s；为第个上游单元水库出库流量经河道演进并汇入区间来水至单元水库断面的第时刻的流量影响m3/s；为基本波形特征的洪水演进过程方程，计算结果为第个上游单元水库出库流量汇入区间来水传播至第个系统基本组成单元的水库第时刻的入库流量；

11、s3、针对每一个组成单元，量化水库调度规则；

12、s4、根据每一个组成单元中水库的调度目标，调整水库调度方式，实现调度过程与洪水演进的动态互馈计算；

13、s5、依次完成每一个组成单元的演进计算，通过上下游水力联系和演进过程方程实现串联，完成河系整体计算。

14、进一步，所述s1中，河、库系统组成特性是指河道、水库、河道基本组成单元的串并联关系和衔接方式；所述串并联关系包括串联、并联、混联三类；所述衔接方式包括上、下两个基本组成单元首尾相接和经天然河道相接二类。

15、进一步，所述s2中，波形特征包括运动波、扩散波、惯性波、动力波和断波；根据出现频次和影响占比，所述坝上游的波形特征包括运动波、动力波及混合波三类；所述坝下游的波形特征包括运动波、动力波及断波三类。

16、进一步，所述s3中，量化水库调度规则的步骤为：

17、s31、整理分析水库现有调度规程、调度运用计划的要求，结合水库基础信息和特征参数，确定水库调度运行包线，即在不同的运行水位、发电流量、出库流量的要求，表达式为：

18、；

19、其中， 为水库调度运行边界向量，表征不同时刻、不同参量的运行包线；为参量；为水库水位在第时刻的限制值；为水库发电量在第时刻的限制值；为水库水位在第时刻的限制值；为第个参量在第时刻的限制值；

20、s32、采用计算机语言实现水库调度运行边界条件的语义化；

21、s33、在水库允许调度运行范围内，采用聚类、分类、并联分析方法，针对水库主要作用开展调度情景分析，形成调度情景库：

22、；

23、其中，为水库调度运行主要目标；为调度目标的计算公式；为影响和评价调度目标的主要因素；

24、s34、针对不同调度目标，基于不同调度情景，计算信息增益，确定不同目标导向、不同调度情景下，不同调度要求的贡献程度，选择最优特征作为水库的调度过程，完成当前水库水位和出库流量过程计算；

25、所述信息增益计算步骤为：

26、；

27、；

28、；

29、其中，为某一调度目标整体信息熵；为水库同一调度目标下，不同调度情景的分类；为同一调度目标下，某一调度场景的序号，；为调度情景的样本总数；为某一类调度情景的样本总数；为某一类调度情景中某一类调度目标的调度情景样本数；为某一类调度目标的调度情景样本数；为同一调度目标下，调度情景的条件熵；为信息增益。

30、进一步，所述s4中，调度过程与洪水演进的动态互馈计算具体步骤为：

31、s41、设定每一个组成单元中水库的调度目标；

32、s42、针对调度目标下不同调度场景增益信息的大小，从大到小依次调整水库的调度方式，对于每一种调度方式能获得一个调度过程；

33、s43、基于所述调度过程对应的入库流量、出库流量和库水位，分别演算坝上游、坝下游洪水波传播过程；

34、s44、判断水传播过程与预期调度目标是否一致；

35、若一致，则继续向下游组成单元计算；

36、若不一致，则调整调度方式，重复所述s42，直至一致。

37、进一步，所述s5中，完成河系整体计算，具体为：

38、s51、采用所述s41至所述s44的步骤，逐一完成各个组成单元中水库调度过程及坝上游、坝下游洪水演进计算；

39、s52、沿水流方向，依次调用洪水波演进计算方程，自上而下依次串联组成单元和河系计算断面水位、流量过程，得到河系整体演进计算结果并输出。

40、进一步，多阻断长河系梯级水库群连续演进预报调度系统，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

41、所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现多阻断长河系梯级水库群连续演进预报调度方法。

42、本发明的有益效果为：根据上下游水力联系和河道组成特点，解析并定量刻画梯级水库群系统物理结构，将多阻断长河系拆解成由河道、水库、河道基本单元组成的河、库系统；概化系统每一个组成单元的上、下游关系并量化其波形特征，建立其坝上游和坝下游洪水演进过程方程；基于组成单元中水库的历史调度方案提取并量化调度规则，实现不同调度方式下调度过程与洪水演进的动态互馈计算，依次串接各个组成单元，进而完成多阻断长河系连续演算。通过该技术可以科学解析梯级水库群系统结构、量化水库调度运行影响下洪水演进过程，实现多阻断长河系连续自动演算，为水工程影响下流域洪水快速精准预报提供重要技术支撑。