一种流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正方法与流程

1.本发明涉及水文预报与水库调度的技术领域，更具体地，涉及一种流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正方法。


背景技术：

2.水量平衡原理在水文预报以及水库调度领域应用广泛，是水文学的基础方程之一，马斯京根法等著名水文学方法都是基于水量平衡原理形成，但是，在实际情况中会经常出现计算流域内站点并不满足水量平衡原理的应用条件，尤其是水利水电工程较多的流域，出库流量是根据相关实时数据和特性曲线数据推算的，因此存在不同程度的计算误差，从而导致梯级水电站之间水量不平衡问题突出(尤其两种极端情况：区间径流系数大于1.0或为负值)。基于此种情况，现有方法很难解决这一问题，本发明提出了一种流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正的方法用于解决此类问题。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术不足，提供一种对流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正的方法，其目的是寻求一种新型的计算方法来处理由于水量不平衡而导致的出库流量误差较大的问题，比如径流系数大于1或为负两种极端情况。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正方法，包括以下步骤；
5.步骤一，基础资料整理，包括以下步骤：
6.a1.收集基础资料，所述基础资料包括各水电站的入库流量、发电流量、泄洪流量、出库流量、降雨量的资料数据；
7.a2.确定各水电站上下游关系；
8.a3.将基础资料分别依据率定期和检验期划分为率定期数据与检验期数据；
9.步骤二，计算得出流域径流系数概率分布，包括以下步骤：
10.b1.通过基础资料以及公式计算各水电站的年径流系数，每个水电站的年径流系数对应一个点；
11.b2.剔除不合理的点后将剩余点拟合成正态或偏态曲线；
12.b3.根据实际需要选取置信区间，将落在置信区间的点认为是可信点并计算可信点径流系数均值；
13.步骤三，对于步骤二中不合理的点的数据以及没有落在置信区间的点的数据，需根据实际情况诊断其问题，判断该点对应的水电站出库流量是否存在问题；
14.步骤四，对于步骤三中，若是出库流量存在问题，建立该水电站出库流量与发电流量、泄洪流量的数学关系：设修正后的出库流量为o
t
＝α
×qf，t
+β
×qx，t
，其中，o
t
为修正后的日平均出库流量，q
f，t
、q
x，t
分别为日平均发电流量和日平均泄洪流量；α、β为需要进行率定的两个参数；通过计算该水电站与下游水电站径流系数公式以率定期数据为基础对参数α、
参数β进行率定；
15.步骤五，通过率定期得出的参数α、参数β进行检验期各时段出库流量的计算。
16.特别的，所述步骤一中，收集基础资料的具体方法为将基础资料按日的尺度进行整理。
17.特别的，所述步骤一中，确定各水电站上下游关系的具体方法为：设某一水电站的编号i，其上游有n个与其直接相连的水电站，水电站位于不同河流上，编号分别为k1，k2，...，kn，则可表示为：
18.f(i，j)＝ki；
19.其中，f(i，j)为第i个水电站的n个上游水电站中的第j个水电站的编号。
20.特别的，所述步骤二中，计算各水电站的年径流系数的方法为计算流域内各水电站率定期内的区间径流深和径流系数：
[0021][0022]
其中，t
1d
表示计算期的日数；代表第i个水电站与上游水电站在计算期内形成的区间径流深；i
i，t
代表第i个水电站在t时段的入库流量；o
k，t
代表第i个水电站上游k号水电站的出库流量；fi代表第i个水电站对应的流域面积，代表第i个水电站计算期的区间径流系数，为该水电站控制面积内的降雨量，i＝1～m，其中m代表整个流域内的水电站数。
[0023]
特别的，所述步骤二中，所述不合理的点数据为将径流系数大于0.8或是径流系数小于0的点。
[0024]
特别的，所述步骤二中，计算可信点径流系数均值为：
[0025][0026]
其中，n为剔除不合理点后剩余点的数量，代表可信点径流系数均值，代表各点径流系数，t
1d
表示计算期的日数。
[0027]
特别的，所述步骤四中，对参数α、参数β进行率定的具体方法为：
[0028]
设定目标函数为：
[0029][0030]
其中：代表可信点径流系数均值，ψ
i，y
表示该水电站在第y年的径流系数；
[0031]
特别的，所述径流系数的计算公式为：
[0032][0033]ok，t
＝α
×qkf，t
+β
×qkx，t
；
[0034]
其中，o
k，t
代表编号为k水电站一日内的出库流量，q
kf，t
代表编号为k水电站一日内
的发电流量，q
kx，t
代表编号为k水电站一日内的泄洪流量，α、β为需要进行率定的两个参数α和参数β。
[0035]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
[0036]
1.本发明通过对基础资料的收集整理计算出流域内站点的径流系数，根据径流系数概率分布可对流域可能存在的水量不平衡问题进行有效诊断。
[0037]
2.本发明通过建立出库流量、发电流量与泄洪流量的数学关系，并在其中引入参数α、β进行率定和检验，从而解决了因水量不平衡而导致的出库流量不准确问题；可以处理由于水量不平衡而导致的出库流量误差较大的问题，比如径流系数大于1或为负两种极端情况。
[0038]
3.本发明基于水文学基本原理制作，通过水量平衡方程等原理进行水量不平衡问题诊断和出库流量修正，数学模型简洁可靠，易于使用。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本发明实施例修正方法的流程图；
[0041]
图2为本发明实施例拟合的径流系数偏态曲线图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0043]
需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0044]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0045]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]
如图1所示，本实施例的一种流域水电站水量不平衡问题诊断与出库流量修正方法，包括以下步骤；
[0047]
步骤一，基础资料整理，包括以下步骤：
[0048]
a1.收集基础资料，基础资料包括各水电站的入库流量、发电流量、泄洪流量、出库流量、降雨量的资料数据。收集基础资料的具体方法为将基础资料按日的尺度进行整理。
[0049]
a2.确定各水电站上下游关系；具体方法为：设某一水电站的编号i，其上游有n个与其直接相连的水电站，水电站位于不同河流上，编号分别为k1，k2，...，kn，则可表示为：
[0050]
f(i，j)＝ki；
[0051]
其中，f(i，j)为第i个水电站的n个上游水电站中的第j个水电站的编号。
[0052]
a3.将基础资料分别依据率定期和检验期划分为率定期数据与检验期数据；
[0053]
步骤二，计算得出流域径流系数概率分布，包括以下步骤：
[0054]
b1.通过基础资料以及公式计算各水电站的年径流系数，每个水电站的年径流系数对应一个点；
[0055]
计算流域内各水电站率定期内的区间径流深和径流系数：
[0056][0057]
其中，t
1d
表示计算期的日数；代表第i个水电站与上游水电站在计算期内形成的区间径流深；i
i，t
代表第i个水电站在t时段的入库流量；o
k，t
代表第i个水电站上游k号水电站的出库流量；fi代表第i个水电站对应的流域面积，代表第i个水电站计算期的区间径流系数，为该水电站控制面积内的降雨量，i＝1～m，其中m代表整个流域内的水电站数。
[0058]
b2.剔除不合理的点数据后将剩余点拟合成正态或偏态曲线，如图2所示，为本发明实施例拟合出来的径流系数偏态曲线图。不合理的点数据为将径流系数大于0.8或是径流系数小于0的点。
[0059]
b3.根据实际需要选取置信区间，将落在置信区间的点认为是可信点并计算可信点径流系数均值。计算可信点径流系数均值为：
[0060][0061]
其中，n为剔除不合理的点后剩余点的数量，代表可信点径流系数均值，代表各点径流系数，t
1d
表示计算期的日数。
[0062]
步骤三，对于步骤二中不合理的点的数据以及没有落在置信区间的点的数据，需根据实际情况诊断其问题，判断该点对应的水电站出库是否流量存在问题；
[0063]
步骤四，对于步骤三中，若是出库流量存在问题，建立该水电站出库流量与发电流量、泄洪流量的数学关系：设修正后的出库流量为o
t
＝α
×qf，t
+β
×qx，t
，其中，o
t
为修正后的日平均出库流量，q
f，t
、q
x，t
分别为日平均发电流量和日平均泄洪流量；α、β为需要进行率定的两个参数；通过计算该水电站与下游水电站径流系数公式以率定期数据为基础对参数α、参数β进行率定；
[0064]
对参数α、参数β进行率定的具体方法为：
[0065]
设定目标函数为：
[0066][0067]
其中：代表可信点径流系数均值，ψ
i，y
表示该水电站在第y年的径流系数；
[0068]
特别的，所述径流系数的计算公式为：
[0069][0070]ok，t
＝α
×qkf，t
+β
×qkx，t
；
[0071]
其中，o
k，t
代表编号为k水电站一日内的出库流量，q
kf，t
代表编号为k水电站一日内的发电流量，q
kx，t
代表编号为k水电站一日内的泄洪流量，α、β为需要进行率定的两个参数α和参数β。
[0072]
步骤五，通过率定期得出的参数α、参数β进行检验期各时段出库流量的计算。
[0073]
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。