[发明专利]一种基于河道测站控制分析的多级水位流量关系确定方法

说明书

本发明涉及一种基于河道测站控制分析的多级水位流量关系确定方法，包括：S1.基于水流运动规律，通过分析水文测站的水力学属性和几何属性，建立水位流量模型；S2.根据河道实际情况，对复式河道水位变动时的控制阶段进行识别和组合，将复式河道等效划分为多个标准几何图形；S3.基于复式河道划分出的多阶段控制，建立相应的控制矩阵并求解出联合方程。本发明确定的水位流量关系曲线通过对测站水力学属性和几何属性的分析，充分考虑了测站断面的水流运动规律，使水位流量关系拟合线型的选取更加客观，拟合参数具有明确的物理意义，且可根据测站特性将水位变幅分成若干段，体现出复式河道水位流量的非线性关系，从而确定不同段拟合参数的合理范围。

技术领域

本发明属于水利工程水文测验领域，更具体地，涉及一种基于河道测站控制分析的多级水位流量关系确定方法。

背景技术

水位流量关系是指水文测站断面水位与相应流量之间的关系。由于流量测验技术复杂、耗资昂贵，难以连续进行，在水文资料整编时通常将连续的水位资料，通过水位流量关系曲线转换为连续的流量资料，因此，水位流量关系曲线具有重要实用意义。

传统的确定水位流量关系曲线方法需要先根据测站特性确定拟合线型，然后根据测站断面多次实测水位和其对应流量数据确定拟合参数，由此确定水位流量关系的具体数学方程式。拟合线型常选用幂函数型、多项式型和对数函数型，拟合参数求解则是在确定一定拟合准则后，通过相应算法求解，常用的拟合准则包括残差平方和最小准则、绝对残差绝对值和最小准则以及相对残差绝对值和最小准则，常用的算法包括最小二乘法、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、混沌算法、混合禁忌搜索算法、人工鱼群算法、人工蜂群算法、群居蜘蛛算法、免疫进化算法、差分进化算法等。然而上述方法虽然提出了要根据测站特性选取拟合线型，但实际上拟合线型是根据实测水位流量数据散点的分布形式依靠经验判断选取的，没有基于水流运动规律充分考虑测站的水力学属性和几何属性，以致在对特性不同的水文测站进行水位流量关系曲线拟合时，没有较为客观的拟合线型选取方法。且目前常用的单一线法在整个实测水位和流量范围内采用的是具有一种函数关系的单一线，而当测站的控制条件随着水位有所改变时，实际水位流量关系在高、中、低水位下不同，使得单一拟合曲线有比较显著的区间差异，因此企图用一个函数式来概化其整个水位变幅范围内的水位流量关系是不科学的，并不符合测站水位流量关系的特性，进而影响到定线与推流的精度及在工程实践中的应用。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中水位流量关系曲线线型选择没有基于水流运动规律充分考虑测站特性从而导致拟合曲线有比较显著区间差异的缺陷，提供一种基于河道测站控制分析的多级水位流量关系确定方法，通过对测站水力学属性和几何属性的分析，充分考虑了测站断面的水流运动规律。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于河道测站控制分析的多级水位流量关系确定方法，包括以下步骤：

步骤1：基于水流运动规律，通过分析水文测站的水力学属性和几何属性，建立水位流量模型。

天然河道水文测站控制断面的过流流量通常用断面平均流速乘以断面面积求得，将断面平均流速及断面面积分别用水位表示，即可得到流量关于水位表达式的一般形式：

Q＝a(H-b)^c (1.1)

式中Q为流量，H为水位，a为系数，c为指数，b为零流水位。

本发明所构造出的水位流量关系式中的各项参数是根据测站控制特性等信息所决定的，其参数具体表达形式综合了多个物理量，且本发明所强调的多级水位流量关系确定方法中，根据水位的变化测站控制特性也在随之发生改变。由于决定断面流量的两个关键性因素是断面平均流速与断面面积，前者取决于测站控制类型，后者取决于断面形状，因此需要根据测站控制类型与断面形状进一步推导更为详细的水位流量关系式。本发明将步骤1分四部分说明：测站控制识别、测站水力学属性分析、测站几何属性分析、基于河道测站控制分析的水位流量关系式确定。