一种叠梁门水温改善效果的分析方法与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及一种叠梁门水温改善效果的分析方法。

背景技术：

大型水库的坝前垂向水温具有水温分层现象，其水温随着高程的降低而降低；水经过坝体以及电厂取水口，再通过机组之后的水温，被称为下泄水温；因此当电厂取水口的高程较低时，取的是坝体内侧底部的水，在春季和夏季时，该处水温较低，因此下泄水温也很低，低温下泄水温会在在下游引起一系列严重的生态问题。叠梁门是减缓高坝大库下泄低温水问题的工程措施之一，现在已应用于糯扎渡、锦屏一级、光照等巨型水电站。

叠梁门的运行原理为当水位升高后，通过下放一系列闸门拦挡在电站取水口前方一定范围内，使电站取水高程从取水口上移至叠梁门顶，使得在库区水温分层的情况下，取用上层温度较高的水体。

叠梁门修建后，通过水温监测数据计算分析叠梁门运行对电站下泄水温的影响程度，评估叠梁门的运行效果，是研究叠梁门运行机理、指导叠梁门优化设计、设计电站生态调度方案的关键。但是由于水库的气象、水文、电站调度等边界条件均会对下泄水温产生影响，且其影响程度不亚于叠梁门，再加上这些边界条件均不具备可重复性，因此对于每一次运行叠梁门工况，无法进行另一次相同边界条件的，不运行叠梁门的重复试验，使得设计人员无法直接从监测数据的对比中得出叠梁门的运行效果。

部分学者通过水温模型的计算结果来对叠梁门的运行效果进行分析，例如，于2014年7月15日发表在天津大学学报(自然科学与工程技术版)上的，作者为傅菁菁等人的论文“叠梁门分层取水对下泄水温的改善效果”中，采用了一种垂向一维水温数学模型，来对叠梁门的运行效果进行分析，但是一方面，由于垂向一维水温模型是建立在无叠梁门运行的水温数据统计基础上，该模型无法考虑叠梁门运行对流场和水温结构的影响，另一方面，垂向一维水温模型计算精度有限，误差超过1℃。在此基础上进行叠梁门运行效果分析无法得出比较精确的分析结果。

技术实现要素：

为解决背景技术中分析方法无法叠梁门的运行效果进行精确分析的问题，本发明提供了一种叠梁门水温改善效果的分析方法，通过对叠梁门运行和不运行期间，下泄水温和坝前垂向水温相关关系的分析，找到叠梁门运行和不运行时，与下泄水温相等的坝前垂向水温所对应的高程，作为叠梁门运行和不运行时的代表高程，进而分析这两个代表高程水温的相关关系，计算得到叠梁门的运行效果。

具体技术方案如下，一种叠梁门水温改善效果的分析方法，所述方法包括：

a.采集电站的逐日坝前垂向水温和下泄水温监测资料；

b.计算出叠梁门未运行时，最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，并将此高程作为电站进水口的代表高程；获取叠梁门运行时，最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，并将此高程作为叠梁门各工况的代表高程；

c.获取所述电站进水口的代表高程所对应的坝前垂向水温，并将此水温作为电站进水口取水下泄水温；获取所述叠梁门各工况的代表高程所对应的坝前垂向水温，并将此水温作为叠梁门各工况的下泄水温；

d.计算所述叠梁门各工况的下泄水温与所述电站进水口取水下泄水温的差值，并将此差值作为叠梁门的水温改善效果。

叠梁门未运行时，最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，定义为电站进水口的代表高程，电站进水口的代表高程对应的坝前垂向水温，定义为电站进水口取水下泄水温。

叠梁门运行时，最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，定义为叠梁门各工况的代表高程，叠梁门各工况的代表高程所对应的坝前垂向水温，定义为叠梁门各工况的下泄水温。

通过计算最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，建立下泄水温与坝前垂向水温的联系，再通过计算叠梁门各工况的下泄水温与所述电站进水口取水下泄水温的差值，即可得到叠梁门的水温改善效果。相对于模型计算，该方法的计算结果更加精确。

优选地，所述步骤b具体包括：计算各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方误差，找到所述均方误差最小时对应的高程，即为最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程。

计算最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程时，通过计算同时间段内，下泄水温与各高程坝前垂向水温的均方误差，当该均方误差值最小时，则说明该高程的坝前垂向水温与下泄水温最为接近，这样一来，便建立了下泄水温与坝前垂向水温的联系。

mse:meansquarederror，均方误差是指参数估计值与参数真值之差平方的期望值。mse可以评价数据的变化程度，mse的值越小，说明预测模型描述实验数据具有更好的精确度。

优选地，所述步骤b具体包括：计算各高程坝前垂向水温与下泄水温的平均绝对差值，找到所述平均绝对差值最小时对应的高程，即为最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程。

mae:meanabsoluteerror，平均绝对误差是绝对误差的平均值。用平均绝对误差来计算最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程，更好地反映预测值误差的实际情况。

优选地，所述步骤b具体包括：计算各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方根误差，找到所述均方根误差最小时对应的高程，即为最接近下泄水温的坝前垂向水温所在高程。

rmse，均方误差:均方根误差是均方误差的算术平方根。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明思路清晰，步骤简明，通过数学分析，将下泄水温与坝前垂向水温建立关系，从坝前垂向水温变化和代表取水高程相关关系的角度，实现了数据叠梁门水温改善效果的分析，为叠梁门实施效果评估提出了新角度和新方法，并且，本发明的分析算法基于实测水温数据，计算结果误差不低于水温测量误差，因此本发明的计算精度较水温模型的计算精度有较大提升。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为水电站的逐日下泄水温数据；

图3为未运行叠梁门时，各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方误差；

图4为运行叠梁门时，各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方误差；

图5为各代表高程所对应的水温曲线图；

图6为叠梁门的水温改善效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

溪洛渡水电站修建于金沙江下游，于2018年1月15日～5月2日开展生态调度试验。分层取水方案为：叠梁门运用计划进行第一层叠梁门的落提试验，待第一层叠梁门落下后，电站取水从第一层门顶(高程530m，即518m底板高程+12m叠梁门高)过水。

全过程分为落门、正常运行和提门三个阶段，总计历时109天：1月15日～2月8日为落门阶段，完成第一层90扇叠梁门落门工作，历时25天；2月9日～4月17日为正常运行阶段，维持单层叠梁门运行，历时68天；4月18日～5月3日为提门阶段，完成90扇叠梁门提门工作，历时16天。

以溪洛渡水电站叠梁门运行效果分析为例，介绍本发明具体实施方式。

具体步骤如下：

步骤1，如图2所示，将水电站的逐日下泄水温数据划分为两段，实线部分为运行叠梁门的下泄水温数据，虚线部分为未运行叠梁门的下泄水温数据。在落门阶段和提门阶段，部分叠梁门运行，部分叠梁门未运行，因此将该段数据删除。

步骤2，根据电站的逐日坝前垂向水温和下泄水温监测资料，计算出未运行叠梁门时，各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方误差，找到均方误差最小时的高程为530m(如图3所示)，作为电站进水口的代表高程；

步骤3，根据电站的逐日坝前垂向水温和下泄水温监测资料，计算出未运行叠梁门时，各高程坝前垂向水温与下泄水温的均方误差，找到均方误差最小时的高程为537m(如图4所示)，作为叠梁门各工况的代表高程；

步骤4，根据步骤2和步骤3的计算结果，在逐日坝前垂向水温监测资料中，找出电站进水口的代表取水高程(530m)所对应的坝前垂向水温作为电站进水口取水下泄水温，找出叠梁门的代表取水高程(537m)所对应的坝前垂向水温作为叠梁门下泄水温。各代表高程所对应的水温曲线如图5所示。

步骤5，计算叠梁门下泄水温与电站进水口取水下泄水温之差，作为叠梁门的水温改善效果，计算结果如图6所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。