断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法与流程

本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法。

技术背景

施工导流是水利水电工程建设过程中的重要环节，导流工程借助断流围堰可实现河道内工程如大坝、水闸等水工建筑所需的干地作业条件。由于施工导流设计及布置关系工程施工的进度及安全，因此施工导流相关风险因素需要得到重视。其中断流围堰条件下的堰库洪水因素是重要风险来源，河流泥沙影响亦需要重点考量。因此，导流风险相关堰库参数如入库洪峰与泥沙年输入量的计算是导流风险评价的重要部分。

现今，诸多研究皆表明河流洪水及泥沙的产生、运动是关联的，且堰库洪峰与泥沙年输入量的不确定性在水利水电工程建设期的施工动态环境下可认为是独立同分布的。鉴于此类关联性已得到学术界的普遍认可，则可将其应用于水利水电工程的施工导流风险评价中，用于计算堰库洪峰与泥沙年输入量。此举可简化导流风险分析中的参数获取，同时体现工程建设期的堰库参数关联性，使得风险评价结果更加贴近实际。

当前，业内尚未有断流围堰条件下关于堰库洪峰与泥沙年输入量计算的相关研究。为满足水电工程建设及相关导流风险分析需求，面向具有洪水、泥沙淤积影响的水工建设环境，研发一种断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法是有必要的。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法，实现针对堰库洪峰与泥沙年输入量基于关联性的计算。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

如图1所示，本发明提供一种断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.分析参数的提取：

基于工程现场河道的水文泥沙信息提取所需的基础分析参数，包括：导流堰库入库洪峰的不确定性参数、入库年产沙量的不确定性参数，此处洪峰及泥沙年输入量的不确定性参数服从同一分布。

步骤2.建立基于关联性的计算环境：

基于堰库洪峰与泥沙年输入量的关联性进行相关参数的求解需要首先建立对应计算环境，包括：适用关联函数的确定，初始计算参数的选定及求取；初始计算参数可利用随机抽样求取。具体包括以下子步骤：

步骤2-1.选择适用的关联函数：

水利水电工程建设期施工动态环境下的堰库洪峰与泥沙年输入量具有关联性，且是独立同分布的；因此利用一定关联函数可实现相关参数的互求取，该关联函数fc的一般形式为：

fc(p,w)＝c(a,b)(1)

式中：p代表堰库洪峰，w代表堰库泥沙年输入量；c(a,b)表示a，b的关联关系；a，b为过程参数，由下式(2)确定：

式中：fp(p)为参数p的边缘分布函数，fw(w)为参数w的边缘分布函数，边缘分布符合相应参数的不确定性分布。

关联性计算函数不唯一，但需要符合如式(1)所示的形式；应用本发明时应依据现实情况选择关联函数。

步骤2-2.选定初始计算参数和待求解的相应关联参数；

选定堰库洪峰和堰库泥沙年输入量中的任一参数作为初始计算参数，另一参数则作为待求解的相应关联参数。

步骤2-3.初始计算参数的求取：

确定针对初始计算参数的随机抽样方法、抽样次数等抽样环境参数后，利用随机抽样方法基于初始计算参数的不确定性分布求解得到初始计算参数的值。

步骤3.堰库洪峰与泥沙年输入量的计算：

在确定了关联函数及初始计算参数的前提下，基于堰库洪峰与泥沙年输入量的关联性，可实现由初始计算参数通过关联性计算函数求取得到另一关联参数(相应关联参数)。即实现了堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算。具体为：

将初始计算参数带入该参数的边缘分布函数求取初始计算参数的过程参数，进一步将求取的过程参数带入关联性计算函数c(a,b)＝r求取得到另一过程参数，再将另一过程参数带入相应的边缘分布函数得到待求解的相应关联参数，其中r为利用随机方法产生的随机数。

此处以堰库洪峰p为已确定的初始计算参数为例(以w为初始计算参数同理)，对基于关联性的参数求解过程进行说明，其具体求解过程如图2所示：首先，输入初始计算参数堰库洪峰p；然后，将p代入边缘分布a＝fp(p)，求取得到a；同时由系统产生一随机数r，此处产生的随机数r应符合关联函数fc的值域区间要求，令r＝c(a,b)；再将a代入关联性计算函数c(a,b)＝r，求取得到b；接着，将b代入边缘分布函数b＝fw(w)，利用反函数求解得到产沙量样本w；最后，输出基于关联性的计算结果w及p。

发明的作用与效果

本发明利用水利水电工程建设期施工动态环境下堰库洪峰与泥沙年输入量之间的关联性实现了相关参数的计算，可以串联特定导流风险因子的不确定性，简化导流风险分析中的参数获取。本发明有利于增强考虑洪水泥沙影响的施工导流风险分析的准确性及科学性，能够为水能、水资源开发、蓄水拦沙作业等水利水电工程提供技术支撑，有利于相关流域水沙调控体系的总体规划及区域可持续发展。

附图说明

图1为本发明涉及的断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法的流程图；

图2为本发明涉及的基于关联性求取堰库洪峰与泥沙年输入量的计算流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

本实施例中，基于黄河中游某支流的施工导流工程，进行导流堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算，具体计算方法如下：

步骤1：分析参数的提取

依据河流水文泥沙资料，可提取导流堰库入库洪峰及入库年产沙量的不确定性分布参数，如下表1所示，洪峰及年产沙量的不确定性满足同一分布。

表1堰库洪峰与年产沙量的不确定性分布参数表

步骤2：建立基于关联性的计算环境

(1)选定了针对本实施例适用的关联性计算函数，其形式符合式(1)，a，b间的数学关系为指数型复合函数关系。

(2)本实施例中，选定入库洪水峰值即堰库洪峰为初始计算参数，则堰库年产沙量为待求解的相应关联参数。则由洪水不确定性分布结合基于随机数的抽样方法可建立针对洪峰样本的随机模拟体系，即可实现堰库洪峰的模拟及参数输出。通常随机模拟可依据抽样次数确定输出结果的个数，针对本实施例，此处设定抽样次数为10次。

步骤3：堰库洪峰与泥沙年输入量的计算

本实施例通过输入基于随机抽样所得的洪峰样本p求取年产沙量样本w，其操作流程如下：

(1)依据入库洪峰及年产沙量的不确定性分布参数(如上表1所示)确定p，w的边缘分布。利用随机抽样方法及入库洪峰不确定性分布参数求取w。

(2)基于步骤2所得洪峰样本p的随机抽样值，如图2所示，利用关联性计算函数求取得到对应的年产沙量样本w。

(3)输出基于关联性的参数计算结果w及p的值。本实施例设定抽样次数为10次，则应得到10组导流堰库洪峰参数及年产沙量参数，具体结果如下表2所示。

表2堰库参数的关联计算结果

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的断流围堰的堰库洪峰与泥沙年输入量的关联计算方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。