多沙区域水库下游河道输沙量的还原方法、系统及介质与流程

本技术涉及水力学和水库调度等技术开发领域，特别涉及一种多沙区域水库下游河道输沙量的还原方法、系统及介质。

背景技术：

1、近30余年，为充分开发利用水能资源，我国各大流域先后开发建设了大量控制性水库枢纽工程，形成了规模巨大的清洁能源基地，工程蓄水运行后，改变和调节下游河道的径流过程，同时拦截泥沙等随水流输移的物质。尤其是对于多沙区域，泥沙被拦截后，工程下游的河道水流呈现次饱和状态，为了消耗水流的能量，必然从河床冲起泥沙并挟带输移，导致河床发生冲刷，进而对河流的防洪、取用水、航运等功能造成影响。此外，泥沙也是一些与水生态环境有关的理化因子的输移载体，其物质通量的改变也可能影响流域水环境、水生态。进入河道的水流含沙量大幅下降后，水流不断从河床冲起泥沙，中下游河道河床冲刷明显，引发枯水位下降、河岸崩塌等问题，对河道取用水、通航和防洪安全造成不利影响。

2、为减轻水库泥沙淤积和坝下游河床冲刷，保障水库有效库容与综合效益，有必要在已有观测资料的基础上，对水库下游水文控制站的输沙量进行还原计算，进而实现水库拦沙量的准确计算，从而量化评估水库蓄水拦沙对下游河道水沙输移及河床冲刷的影响，为水库泥沙优化调度及坝下游河道的治理与保护提供技术支撑。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种多沙区域水库下游河道输沙量的还原方法、系统及介质，可支撑多沙区域水库的排沙优化调度，也可应用于评估坝下游河道河床冲刷强度、范围等，为河道保护与治理规划提供基础依据。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种多沙区域水库下游河道输沙量的还原方法，包括以下步骤：

4、步骤1. 收集水库上下游天然状态下和成库后的水沙与冲淤观测资料；

5、步骤2. 建立天然状态下水库区域未控集水区间的年径流量～输沙量相关关系；

6、步骤3. 还原计算10年序列的水库区域未控集水区间的来沙量；

7、步骤4. 还原并校核10年序列的多沙区域水库下游河道的输沙量。

8、所述步骤1的实现方式如下，

9、步骤11. 收集水库所在区域内天然状态下和成库后，入流干支流和坝址下游河道控制性水文站的日均流量、年径流量、年输沙量实测数据；

10、步骤12. 收集水库蓄水后10年水文序列的库区固定断面和床沙干容重观测资料。

11、所述步骤2的实现方式如下，

12、步骤21. 基于入、出流控制性水文站年径流量和输沙量的差值，计算天然状态下，水库库区范围内未控集水区间的年径流量与年输沙量，区间年径流量的计算式为：，年输沙量的计算式为，式中，和分别为区间的年径流量和输沙量，、分别为坝下游河道干流年径流量和年输沙量，、分别为水库入流干流河道的年径流量和年输沙量，、分别为水库入流某一支流的年径流量和年输沙量，年径流量的单位为亿m3，年输沙量的单位为万吨；

13、步骤22. 分阶段建立天然状态下的未控集水区间年径流量与年输沙量的相关关系，绘制相关关系曲线，分析其变化规律，选择水库蓄水前的相邻时段作为还原计算区间输沙量的参照对象。

14、所述步骤3的实现方式如下，

15、步骤31. 选取水库蓄水后的10年水沙序列作为泥沙还原对象，基于水量平衡的原理对水库下游河道的径流过程进行还原计算，得到无水库调蓄作用的天然径流过程；

16、步骤32. 计算还原后的坝下游河道逐年年径流量，与入库径流量求差值，得到还原后的逐年水库区域未控集水区间的径流量；

17、步骤33. 基于步骤22建立的未控集水区间径流量与输沙量的相关关系，依据步骤32所得的未控集水区间逐年年径流量，计算对应系列逐年区间来沙量。

18、所述步骤4的实现方式如下，

19、步骤41. 根据10年序列水库上游干流及主要支流控制站的输沙量和步骤33计算所得的库区未控集水区间的输沙量，进行沙量求和，即可得到还原后的水库下游河道输沙量；

20、步骤42. 采用水库蓄水后10年的固定断面观测资料，采用断面法计算水库的实际淤积量，结合淤积物干容重观测资料，计算水库的实际拦沙量；

21、步骤43. 采用步骤41得到的水库下游河道还原沙量，结合受水库蓄水影响的实际输沙量，基于输沙法得到水库的泥沙淤积量，并与步骤42得到的水库拦沙量进行对比，若两者相差幅度在20%以内，则表明还原得到水库下游10年输沙总量较为合理；

22、步骤44. 采用水库下游河道天然状态下的10年序列水沙观测资料，建立其径流量-输沙量相关关系，点绘还原得到的水库运行后10年径流量-输沙量相关关系，若两者分布规律一致，则表明还原得到的逐年输沙量较为合理。

23、所述水库下游径流还原计算的基本方程为：

24、                            (1)

25、式中，为时段水库平均入流；为时段水库平均出流；为时段水库平均引入或引出的流量；为时段内水库的蓄水量变化值；为时段内水库的损失水量；为时段长，

26、从多年平均角度，可简化计算式(1)，即不考虑水库的损失水量，因此，水库的蓄水量变化值可按下式求解：

27、                                (2)

28、式中，、则分别为时段初和时段末对应水位的水库库容，

29、记为水库平均蓄水流量，则有：

30、                              (3)

31、当不考虑水库的引水流量时，为正则表示水库进行蓄水或拦截洪水，为负则表示水库在利用调节库容加大下泄流量。

32、第二方面，本技术实施例提供一种多沙区域水库下游河道输沙量的还原系统，包括，

33、资料收集模块，用以收集水库上下游天然状态下和成库后的水沙与冲淤观测资料；

34、相关关系建立模块，用以建立天然状态下水库区域未控集水区间的年径流量～输沙量相关关系；

35、来沙量计算模块，还原计算10年序列的水库区域未控集水区间的来沙量；

36、输沙量计算模块，还原并校核10年序列的多沙区域水库下游河道的输沙量。

37、第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的多沙区域水库下游河道输沙量的还原方法的步骤。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、本方法主要依托实测资料开展，基于水库入出库控制站的流量、水位与年输沙量等常规观测数据的计算，在径流还原的基础上，拓展为泥沙的还原计算。通过选取典型的水文周期序列，分析天然状态下水库区域未控集水区间的水沙输移相关关系，结合不考虑水库建设的径流过程还原计算，计算水库蓄水后典型水文周期序列的未控集水区间来沙量，按照入流干支流控制站输沙量与未控集水区间沙量求和，进而可以还原得到无水库调蓄拦截作用的坝下游河道输沙量，基于水库固定断面和干容重等观测资料，计算水库对应序列的实际拦沙量，结合天然状态下的水沙相关关系，校核还原的河道输沙量。计算数据依据充分，方法机理明确，实施过程清楚，技术手段可行。