基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，以電網(wǎng)輸電線路設(shè)計要求中初步選定的若干站址為基礎(chǔ)，通過確定模擬區(qū)域、模擬區(qū)域數(shù)據(jù)化、建立二維非恒定流數(shù)值模型、歷史洪水數(shù)據(jù)對二維非恒定流數(shù)值模型進行驗證及參數(shù)修正以及設(shè)計洪水模擬，最終將初步選定的各個站址按照最大淹沒水深進行排序，得出各個站址的優(yōu)先選擇順序。本發(fā)明采用二維非恒定流洪水演進數(shù)值模型技術(shù)，可以更真實客觀的反映一定區(qū)域內(nèi)的水文特性和模擬洪水演進過程中的洪水水力要素，更準確、科學(xué)地分析設(shè)計洪水態(tài)勢，合理確定工程地點周圍設(shè)計洪水位，保證電力工程的防洪安全，同時可以提高施工準確性，減少土地資源消耗，降低施工成本。
【專利說明】基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力工程選址方法，具體涉及一種通過數(shù)值模擬在平原地區(qū)對電力工程進行選址的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前我國土地資源緊張，由于受土地資源的限制，電力規(guī)劃建設(shè)的工程地點不得不選在滯洪區(qū)、行洪區(qū)、洪泛區(qū)等地勢低洼地區(qū)。另一方面，電力工程對洪水有一定的設(shè)防要求，設(shè)計洪水位直接影響到電力工程的安全和建設(shè)投資，如果設(shè)計洪水位偏高，在施工過程中會造成施工成本高、土方購置量大、施工工程量大，甚至可能影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)生不必要的社會矛盾；如果設(shè)計洪水位偏低，當發(fā)生洪澇災(zāi)害時將會給電力部門及附近的生產(chǎn)單位造成巨大的損失，因此如何在一定區(qū)域內(nèi)選擇一個不易被洪水淹沒的地址，并準確確定所選地址的設(shè)計洪水位，對于電力工程的施工具有重大意義。
[0003]傳統(tǒng)的電力工程選址一般都是通過查詢地方縣志、歷史史料等資料或者實地打聽考察來確定一定范圍內(nèi)地勢較高的若干地點，再通過對這些地勢較高的地點進行綜合比較來確定工程選址。這種方法對民間史料依賴性大，而且無法考慮到地勢的變遷等因素，因此準確性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，以解決傳統(tǒng)的電力工程選址方法準確性差的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，包括如下步驟:
1)確定模擬區(qū)域:以電網(wǎng)輸電線路設(shè)計要求中初步選定的若干站址為基礎(chǔ)，分析與每個初步選定的站址相關(guān)的地形、地貌以及水體情況，確定模擬區(qū)域的范圍；
2)模擬區(qū)域數(shù)據(jù)化:通過勘察及搜集資料獲得模擬區(qū)域的地形、地物條件，將模擬區(qū)域內(nèi)地形、地貌、地物、水體、水利條件數(shù)據(jù)化，生成包含模擬區(qū)域內(nèi)地形、地貌、地物、水體、水利條件參數(shù)的矢量地形圖；再通過MIKE21工程軟件工具包將上述矢量地形圖轉(zhuǎn)換成MIKE21支持的數(shù)據(jù)文件；
3)建立二維非恒定流數(shù)值模型:在MIKE21軟件中導(dǎo)入步驟2)建立的數(shù)據(jù)文件，生成模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型，對模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格劃分，然后對網(wǎng)格劃分后的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格光滑處理、地形高程插值以及人工校核修正，再在基本數(shù)值模型中設(shè)置阻水邊界、干濕動邊界參數(shù)、底部阻力參數(shù)以及求解格式，得出模擬區(qū)域的二維非恒定流數(shù)值模型；
4)通過歷史洪水數(shù)據(jù)對二維非恒定流數(shù)值模型進行驗證及參數(shù)修正:將步驟3)建立的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為歷史洪水條件下的地形、地貌、地物條件；將歷史資料中記載的入流條件、出流條件以及持續(xù)時間輸入修改后的二維非恒定流數(shù)值模型中，得出在歷史資料記載的條件下的模擬淹沒水深，將模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深進行對比，若模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深相t匕，不滿足精度要求，則對二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)的參數(shù)進行修正，直到模擬結(jié)果滿足精度要求；
5)設(shè)計洪水模擬:將經(jīng)過步驟4)驗證及參數(shù)修正后的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為步驟2)中確定的地形、地貌、地物條件；將設(shè)計要求的入流條件輸入MIKE21軟件中，MIKE21軟件通過計算模擬出設(shè)計要求的入流條件下，二維非恒定流數(shù)值模型中初步選定的各個站址的最大淹沒水深；
6)將初步選定的各個站址按照最大淹沒水深進行排序，得出各個站址的優(yōu)先選擇順序:根據(jù)步驟5)的模擬結(jié)果，將各個站址按照最大淹沒水深從低到高的順序進行排序，得出初步選定的若干站址的優(yōu)先選擇順序。
[0006]本發(fā)明的進一步改進在于:所述水體包括河流、湖泊、水庫。
[0007]本發(fā)明的進一步改進在于:所述入流條件包括洪水條件和降雨條件。
[0008]本發(fā)明的進一步改進在于:所述步驟2)中的數(shù)值模型中，初步選定的站址處采用1:1000比例尺，其余位置選用1:10000比例尺。
[0009]本發(fā)明的進一步改進在于:所述步驟3)中的阻水邊界包括鐵路、高速公路、建筑物及河道堤防；所述干濕動邊界是指有水和無水區(qū)域交界線。
[0010]本發(fā)明的進一步改進在于:所述洪水條件及降雨條件分別采用洪水過程線及降雨過程線表示。
[0011]本發(fā)明的進一步改進在于:在所述步驟5)的輸出結(jié)果是展示洪水演進動態(tài)的三維動畫。
[0012]本發(fā)明的進一步改進在于:所述步驟3)在MIKE21軟件中對模擬區(qū)域進行網(wǎng)格劃分時，采用非結(jié)構(gòu)化三角形形式，并對初步選定的站址進行網(wǎng)格分區(qū)加密處理。
[0013]本發(fā)明的進一步改進在于:所述步驟4)中精度要求是:在邊界區(qū)域、洪水入口及洪水出口處，模擬淹沒水深與歷史記載的實際淹沒水深的差值不大于0.5m ;在模擬區(qū)域內(nèi)部，模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深的差值不大于0.2m。
[0014]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進步如下:
本發(fā)明采用二維非恒定流洪水演進數(shù)值模型技術(shù)，可以更真實客觀的反映一定區(qū)域內(nèi)的水文特性和模擬洪水演進過程中的洪水水力要素，更準確、科學(xué)地分析設(shè)計洪水態(tài)勢，合理確定工程地點周圍設(shè)計洪水位，保證電力工程的防洪安全，同時可以提高施工準確性，減少土地資源消耗，降低施工成本。
[0015]本發(fā)明在模擬區(qū)域1:10000地形圖的基礎(chǔ)上，通過實地測繪等手段對關(guān)鍵地段采用1:1000地形圖，提高了模擬結(jié)果的準確性，提高了設(shè)計精度。
[0016]本發(fā)明通過建立二維非恒定流數(shù)值模型，對模擬區(qū)域從時間和空間角度模擬設(shè)計洪水演進中不同時段、不同位置的淹沒范圍、深度、流速、歷時度等信息，提供了更為豐富、更為精確的洪水淹沒數(shù)據(jù)。本發(fā)明的輸出結(jié)果可以以三維動畫的形式進行輸出，更加直觀形象。
[0017]本發(fā)明通過歷史資料中記載的洪水流量及洪痕資料對數(shù)值模型的參數(shù)進行修正，通過不斷檢驗和修正提高了模型內(nèi)參數(shù)的準確性，進一步提高了設(shè)計精度。[0018]本發(fā)明中模擬區(qū)域的入流條件包括模擬區(qū)域上游河道的洪水條件和降雨條件，在有水文站提供實測資料時，可以快速準確的確定入流條件，在沒有實測資料時可以通過暴雨途徑利用設(shè)計洪水計算公式間接獲得，既滿足了模擬精度要求，又便于獲得，有利于縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計速度。本發(fā)明中的洪水條件及降雨條件分別采用洪水過程線及降雨過程線表示，不僅能滿足模擬精度，還具有輸入方便的優(yōu)點。
[0019]本發(fā)明中在MIKE21軟件中對模擬區(qū)域進行網(wǎng)格劃分時，采用非結(jié)構(gòu)化三角形形式，并對初步選定的站址進行網(wǎng)格分區(qū)加密處理，在保證設(shè)計速度的同時，提高了設(shè)計精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1:本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明適用于任意地區(qū)內(nèi)的電力工程選址以及設(shè)計洪水位分析。下面僅以計劃建立在河北省南部的保定市附近的保東500kV變電站工程為例對本發(fā)明進行解釋說明。
[0022]首先分析河北省南部的地形概況,河北省南部有海河流域大清河水系和子牙河水系，大清河水系地處海河流域中部，西倚太行山，東鄰渤海灣，位于永定河與子牙河之間，流域面積43060km2,流域跨山西、河北、北京、天津4省市,河北省面積34683km2,占總流域面積的80% ;保定市面積21933km2,占總流域面積的51%。子牙河流域位于海河流域的中南部，由滏陽河和滹沱河兩大河系組成，兩河系洪水在獻縣匯合后經(jīng)子牙新河下泄入海。子牙河流域西起太行山，東鄰渤海，南鄰漳衛(wèi)河，北界大清河，跨越山西、河北、天津3省市,流域面積46868km2。
[0023]河北省南部地區(qū)地處太行山東麓和華北平原腹地，歷史上洪澇災(zāi)害極為頻繁，據(jù)史料記載，1368~1948年(明代至民國時期)的580年間，發(fā)生與1963年洪水(以下簡稱“63.8”洪水)相近或更大的洪水約20次，平均29年一次，洪水間隔時間最長的為68年(即1668~1736年)，最小間隔僅4年(即1607~1611年和1890~1894年)，其中明代1368~1643年共發(fā)生洪水7次，清代1647~1911年共發(fā)生洪水10次，民國時期1912~1948年發(fā)生洪水3次。
[0024]下面以河北省保定市容城縣境內(nèi)的保東500kV變電站工程為具體實施例對本發(fā)明作更進一步詳細說明:
保東500kV變電站項目位于河北省容城縣境內(nèi)，屬海河流域大清河水系，為大清河水系北支超標準洪水行洪區(qū)，按洪水調(diào)度安排，在防洪安全上主要受大清河北支南拒馬河分洪洪水的影響。此外，在高標準洪水條件下，南拒馬河、萍河、雞爪河等河道洪水將漫溢行洪，各河洪水相互串流，洪水流態(tài)比較復(fù)雜，因此萍河、雞爪河的洪水也可能對這一區(qū)域造成影響。
[0025]本實施例所采用的選址方法包括如下步驟:
1、確定模擬區(qū)域:
在項目所在地區(qū)內(nèi)根據(jù)電網(wǎng)輸電線路要求初步選定了四個站址，分別是容城縣沙河站址、南張站址、段莊站址、馬家莊站址。由于模擬計算條件中包含部分假定，且邊界范圍可能受相鄰流域洪水或設(shè)定的出入流條件影響，邊界附近的模擬計算結(jié)果可靠性較低，而邊界的不確定性對相距較遠的站址區(qū)域模擬成果影響甚微，因此在確定模擬區(qū)域時，應(yīng)盡量保證模擬區(qū)域的邊界與初選的站址有一定距離。模擬面積應(yīng)大小適中，使出入流能呈現(xiàn)全面、完整的洪水演進過程，且盡量降低與相鄰流域發(fā)生水體交換的情形。邊界盡量選擇線狀自然阻水物，如河堤、公路、鐵路、自然高地等，以提高模擬范圍的封閉性，避免過多假設(shè)影響計算精度。模擬范圍的選擇應(yīng)根據(jù)地形條件、水文條件、預(yù)估的洪水演進速度、演進時間步長、地形網(wǎng)格劃分等綜合判定。根據(jù)可能對四個站址造成影響的河流、湖泊、水庫等水體情況、地形、地貌情況等因素，將模擬區(qū)域確定為:北至南拒馬河與京廣鐵路交匯點，西部起自京廣鐵路，東部邊界為南拒馬河右堤、白溝引河，南至白洋淀的北大堤新安北堤，計算面積約為 582km2。
[0026]2、模擬區(qū)域數(shù)據(jù)化:
在市場上購買的該區(qū)域1:10000地形圖的基礎(chǔ)上，對模擬區(qū)域的流域范圍和洪水演進范圍進行詳細勘查，全面掌握流域現(xiàn)狀條件，廣泛搜集有關(guān)水文水利資料，并針對模擬區(qū)域邊界、洪水入口、洪水出口、鐵路、公路、村莊范圍及橋涵等主要影響因素進行深入調(diào)查研究。對|旲擬區(qū)域的邊界、洪水入口、洪水出口、鐵路、公路、村莊范圍、站址附近及橋涵等關(guān)鍵地段可以采用1:1000地形圖。對仍然不能全面反映現(xiàn)狀細節(jié)并對模擬成果的精度有影響的地區(qū)，采用現(xiàn)場補測實際地形的方式進行測繪。
[0027]然后通過CAD軟件將模擬區(qū)域內(nèi)的地形、地貌、地物、水體、水利條件等參數(shù)轉(zhuǎn)化成包含模擬區(qū)域內(nèi)地形、地貌、地物、水體、水利條件信息的矢量地形圖。
[0028]然后將上述得到的矢量地形圖輸出為MIKE21工程軟件工具包支持的.xyz格式的數(shù)據(jù)文件，再通過MIKE21工程軟件工具包將.xyz格式的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成可在MIKE21軟件中運行的.mesh數(shù)據(jù)文件。
[0029]模擬區(qū)域的邊界為:北至南拒馬河與京廣鐵路交匯點，西部起自京廣鐵路，東部邊界為南拒馬河右堤、白溝引河，南至白洋淀的北大堤新安北堤。
[0030]在高標準洪水條件下，研究區(qū)域內(nèi)的南拒馬河、萍河、雞爪河等河道洪水將漫溢行洪，各河洪水相互串流，洪水流態(tài)比較復(fù)雜，因此確定的洪水入口為:南拒馬河、萍河、雞爪河。
[0031]模擬區(qū)域洪水出口為萍河河道、白洋淀北堤陸域邊界、排水泵站等，位于模擬區(qū)域的南端。
[0032]模擬區(qū)域內(nèi)的高速公路、鐵路、村莊等條件在地方資料中可以查到，這里就不在過多討論。
[0033]3、建立二維非恒定流數(shù)值模型
在MIKE21軟件中導(dǎo)入步驟2)生成的數(shù)據(jù)文件，生成模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型，對模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格劃分，然后對網(wǎng)格劃分后的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格光滑處理、地形高程插值以及人工校核修正，再在基本數(shù)值模型中設(shè)置阻水邊界、干濕動邊界、底部阻力參數(shù)以及求解格式，得出模擬區(qū)域的二維非恒定流數(shù)值模型。具體方法包括如下步驟:
3.1、劃分網(wǎng)格
打開MIKE21軟件，將步驟2)建立的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入MIKE21軟件中，形成模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型。利用MIKE21軟件對模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時，采用非結(jié)構(gòu)化三角形形式。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部點不具有相同的毗鄰單元。即與網(wǎng)格剖分區(qū)域內(nèi)的不同內(nèi)點相連的網(wǎng)格數(shù)目不同。對于其他形式的網(wǎng)格而言，這種非結(jié)構(gòu)化三角形的網(wǎng)格形式在計算本實施例所遇到的邊界復(fù)雜的模型時，具有更高的精度和準確性。根據(jù)地形圖中的公路、橋涵和邊界特征等條件精確劃分，坐標為1980年西安坐標系，中央子午線117度帶。在網(wǎng)格創(chuàng)建地形圖中設(shè)置南拒馬河破口、萍河、雞爪河等入口及出口位置。
[0034]3.2、網(wǎng)格處理
然后利用MIKE21軟件自帶的功能對網(wǎng)格劃分后的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格光滑處理、地形高程插值以及人工校核修正。為提高設(shè)計精度，對初步選定的四個站址進行網(wǎng)格分區(qū)加密處理。南拒馬河破口洪水對初步選定的四個站址影響最大，為提高計算精度，在南拒馬河至初步選定的四個站址附近的區(qū)域，進行雙倍精度插分，并分別在初步選定的四個站址周邊2km范圍內(nèi)更進一步細分網(wǎng)格。
[0035]3.3、設(shè)置阻水邊界
模擬區(qū)域內(nèi)的阻水邊界包括鐵路、高速公路、高于地面的建筑物及河道堤防等。阻水邊界會對洪水起到阻擋作用，模型中需要加以特別的考慮。當水位高于路、堤時，洪水會漫流，跨越阻水邊界。設(shè)計洪水計算時，模型中保津高速、京珠高速及鐵路等的行洪橋涵寬度為現(xiàn)場量測成果，行洪橋涵等過水建筑物可起到連接上下游水流的作用。
[0036]3.4、設(shè)置干濕動邊界參數(shù):
在MIKE21軟件中模擬陸地洪水時，大部分區(qū)域存在干濕邊交替區(qū)問題，為了避免計算過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性因素，需啟用干濕動邊界設(shè)置。動邊界問題是指有水和無水區(qū)域交界線的確定問題。
[0037]3.5、確定底部阻力參數(shù):反映地面阻水狀況的一個綜合參數(shù)。根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)的河道狀況、作物組成、村莊分布以及樹叢、道路、堤埝分布等情況在一定范圍內(nèi)綜合確定。本次采用曼寧值表達，首次計算中，樹林、村莊的曼寧值按10考慮，相應(yīng)糙率為0.1 ;河流、農(nóng)田、陸地的曼寧值按20考慮，相應(yīng)糙率為0.05。
[0038]3.6、確定求解格式:
模擬計算的計算時間和精確性取決于計算數(shù)值方法所使用的格式精度。模擬計算可以使用低階(一階精度)或是高階(二階精度)的方法。低階方法計算快但計算結(jié)果精確度較差，高階的方法計算精度高速度較慢。如果模擬的過程中對流占優(yōu)，則應(yīng)選擇高階的方法；如果擴散占優(yōu)，則低階的方法就可以滿足精確度。本次模擬計算選用低階精度格式、快速算法。
[0039]4、通過歷史洪水數(shù)據(jù)對二維非恒定流數(shù)值模型進行驗證及參數(shù)修正:
二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)參數(shù)的準確性會直接影響各水力要素的計算。目前精確確定底部阻力、渦粘性系數(shù)等參數(shù)還十分困難，須利用歷史洪水反求的方法確定。確定二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)參數(shù)時，首先對底部阻力、渦粘性系數(shù)等參數(shù)進行假設(shè)，然后根據(jù)“63.8”洪水的流量和歷史記載的實際淹沒水深數(shù)據(jù)對二維非恒定流數(shù)值模型進行驗證及參數(shù)修正，具體步驟如下。
[0040]4.1、將步驟3)建立的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為歷史洪水條件下的地形、地貌、地物條件:比如歷史洪水數(shù)據(jù)為1963年8月發(fā)生的洪水，則將二維非恒定流數(shù)值模型中洪水發(fā)生時間以后修筑的鐵路、公路以及洪水發(fā)生以后出現(xiàn)的村莊、建筑物等條件刪除掉。
[0041]4.2、將歷史資料中記載的入流條件、出流條件以及持續(xù)時間輸入修改后的二維非恒定流數(shù)值模型中，得出在歷史資料記載條件下的模擬淹沒水深。
[0042]本實施例中的入流條件包括洪水條件和降雨條件。其中洪水條件以入流洪水的洪水過程線表示。南拒馬河破口處的洪水過程線，以及萍河、雞爪河的洪水過程線是模型計算的入流邊界條件。南拒馬河洪水過程線由實測徑流資料，采用頻率法直接推求獲得；萍河、雞爪河的洪水過程線采用暴雨資料間接推求。
[0043]南拒馬河在定興縣北河店(京廣鐵路橋)設(shè)有北河店水文站。水文站自1951年以來有連續(xù)的實測流量及洪量資料，根據(jù)該站資料情況，采用195f 1980年洪量資料進行頻率計算，推求設(shè)計洪量。根據(jù)該站設(shè)計洪水成果和典型年(1963年)洪水過程，采用同頻率放大法求得設(shè)計洪水過程線。根據(jù)大清河流域規(guī)劃，南拒馬河北河店以下設(shè)計標準20年一遇，從工程不利因素考慮，本次假設(shè)南拒馬河流量大于河道過水能力后，右堤將潰決。因此，破口處的設(shè)計洪水過程線為南拒馬河北河店設(shè)計洪水過程線扣除過流能力后的洪水過程線。
[0044]萍河、雞爪河屬無實測流量資料的河流，其設(shè)計洪水需通過暴雨途徑利用河北省保定地區(qū)設(shè)計洪水計算公式推求。
[0045]降雨條件以降雨過程線表示。降雨過程線是降雨量隨時間變化的曲線，在當?shù)貧庀蟛块T可以查到相關(guān)資料。本實施例中模擬區(qū)域降雨條件采用與“63.8”洪水同時段的容城氣象站實測的降雨過程線。
[0046]本實施例中的出流主要是萍河河道、白洋淀北堤陸域邊界、蒸發(fā)、地面下滲、排水泵站等。出流條件主要以河道出流過程線表示，其他方面的影響用系數(shù)進行修正。
[0047]模擬時間的確定:模型內(nèi)部的最小時間步長為0.01s，最大時間步長為300s。本次模型模擬的時間步長為300s，計算時段為936個，模擬起止時間為1963-08-08 05:00:00至1963-08-11 11:00:00。
[0048]4.3、將模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深進行對比，將邊界區(qū)域、洪水入口及洪水出口附近的模擬淹沒水深與歷史記載的實際淹沒水深誤差控制在0.5m以內(nèi)，內(nèi)部區(qū)域的模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深誤差控制在0.2m以內(nèi)。若模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深相比，不滿足精度要求，則對二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)的參數(shù)進行修正，需調(diào)整的參數(shù)有最大時間步長、最小時間步長、干濕動邊界參數(shù)、底部阻力、渦粘性系數(shù)等，直到模擬結(jié)果滿足精度要求。
[0049]經(jīng)過計算與參數(shù)修正，最終模擬出與調(diào)查情況一致的“63.8”歷史洪水過程。模擬計算得出的洪痕點計算水位、流速、流向、最高洪水位與淹沒水深等數(shù)據(jù)與歷史記載的內(nèi)容基本吻合。經(jīng)分析論證，認為修正后的參數(shù)設(shè)置是合理的。
[0050]5、設(shè)計洪水模擬
將經(jīng)過步驟4)驗證及參數(shù)修正后的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為步驟2)中確定的地形、地貌、地物條件；將設(shè)計要求的入流條件輸入MIKE21軟件中，MIKE21軟件通過計算模擬出設(shè)計要求的入流條件下，二維非恒定流數(shù)值模型中初步選定的各個站址的最大淹沒水深。本實施例要設(shè)計的變電站要求能經(jīng)受住100年一遇的洪水，因此在模擬時使用100年一遇洪水的設(shè)計洪水過程線以及將典型降雨過程所放大得到的100年一遇的降雨過程線進行計算。將100年一遇洪水的入流條件輸入二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)，通過數(shù)值模擬計算，得出如下結(jié)果:遇100年一遇洪水時，模擬區(qū)域內(nèi)90%以上的范圍都將會受到洪水淹沒影響，其中，保津高速局部由于地勢低洼及橋涵阻水嚴重，最大淹沒水深達3m以上。大部分區(qū)域的淹沒水深在0.5m以下。淹沒主要是由于南拒馬河潰決下泄洪水造成，白洋淀北大堤外大小王淀區(qū)域淹沒最為嚴重，最大淹沒水深達4m以上。
[0051]流域內(nèi)洪水主要來自北部南拒馬河破口的下泄洪水,西側(cè)萍河、雞爪河的來水也超過了河道的過水能力，出現(xiàn)洪水漫溢行洪，但洪峰、洪量遠小于北側(cè)的南拒馬河破口洪水。保津高速沿線北側(cè)區(qū)域的淹沒較為嚴重，局部由于地勢低洼及橋涵阻水，100年一遇洪水時最大淹沒深度可達3m以上。模擬區(qū)域南部，靠近白洋淀北大堤的地區(qū)在整個范圍內(nèi)地勢最為低洼，區(qū)域洪水主要匯聚于此，其100年一遇洪水時最大淹深可達4m。
[0052]“63.8”洪水的洪量比100年一遇要低，其重現(xiàn)期低于100年一遇。但由于不存在后建高速、橋涵的擋水滯洪作用，其洪水向南部低洼地區(qū)的匯集更為直接、迅速，造成在白洋淀北大堤附近區(qū)域的淹沒水深比模擬的100年一遇洪水更大，其他大部分平坦地區(qū)淹沒水深則低于或接近100年一遇洪水。
[0053]本步驟的模擬分析結(jié)果采用三維動畫的形式進行輸出，可以清晰直觀的展示洪水演進動態(tài)，實現(xiàn)模擬區(qū)域的地形、水位變化、流速場的三維動態(tài)顯示，通過穿越、飛行等手段實現(xiàn)三維動畫效果。
[0054]6、將初步選定的各個站址按照最大淹沒水深進行排序，得出各個站址的優(yōu)先選擇順序:
通過步驟5的設(shè)計洪水模擬，對初步選擇的四個站址按照優(yōu)先選擇的順序進行排序，依次為:馬家莊站址、沙河站址、南張站址、段莊站址。
[0055]在對沙河站址進行分析計算時，采用常規(guī)方法計算得到的洪水最大淹沒水深為
1.7m，采用本發(fā)明所提供的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法后，計算得到的最大淹沒水深1.2m，較前期階段減少0.5m，如果站址采用墊高方案將減少2萬m3 土方量，節(jié)省土石方投資近百萬元。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，土地越來越稀缺寶貴，土方購買越來越困難，采用二維洪水數(shù)值模擬方法，準確、科學(xué)地確定站址設(shè)計洪水位，減少防洪設(shè)施工程量、降低防洪設(shè)施造價以及減少站址土建的直接投資、減少土方購買量，使變電站建設(shè)具有更好的經(jīng)濟性。河北省南部平原地區(qū)，地勢低平，土地資源緊張，取土困難，精確計算設(shè)計洪水位，減少防洪設(shè)施工程量，減少土方購置量，緩解社會矛盾，社會效益優(yōu)勢更為明顯。
【權(quán)利要求】
1.基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于包括如下步驟: 1)確定模擬區(qū)域:以電網(wǎng)輸電線路設(shè)計要求中初步選定的若干站址為基礎(chǔ)，分析與每個初步選定的站址相關(guān)的地形、地貌以及水體情況，確定模擬區(qū)域的范圍； 2)模擬區(qū)域數(shù)據(jù)化:通過勘察及搜集資料獲得模擬區(qū)域的地形、地物條件，將模擬區(qū)域內(nèi)地形、地貌、地物、水體、水利條件數(shù)據(jù)化，生成包含模擬區(qū)域內(nèi)地形、地貌、地物、水體、水利條件參數(shù)的矢量地形圖；再通過MIKE21工程軟件工具包將上述矢量地形圖轉(zhuǎn)換成MIKE21支持的數(shù)據(jù)文件； 3)建立二維非恒定流數(shù)值模型:在MIKE21軟件中導(dǎo)入步驟2)建立的數(shù)據(jù)文件，生成模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型，對模擬區(qū)域的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格劃分，然后對網(wǎng)格劃分后的基本數(shù)值模型進行網(wǎng)格光滑處理、地形高程插值以及人工校核修正，再在基本數(shù)值模型中設(shè)置阻水邊界、干濕動邊界參數(shù)、底部阻力參數(shù)以及求解格式，得出模擬區(qū)域的二維非恒定流數(shù)值模型； 4)通過歷史洪水數(shù)據(jù)對二維非恒定流數(shù)值模型進行驗證及參數(shù)修正:將步驟3)建立的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為歷史洪水條件下的地形、地貌、地物條件；將歷史資料中記載的入流條件、出流條件以及持續(xù)時間輸入修改后的二維非恒定流數(shù)值模型中，得出在歷史資料記載的條件下的模擬淹沒水深，將模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深進行對比，若模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深相t匕，不滿足精度要求，則對二維非恒定流數(shù)值模型內(nèi)的參數(shù)進行修正，直到模擬結(jié)果滿足精度要求； 5)設(shè)計洪水模擬:將經(jīng)過步驟4)驗證及參數(shù)修正后的二維非恒定流數(shù)值模型中的地形、地貌、地物條件修改為步驟2)中確定的地形、地貌、地物條件；將設(shè)計要求的入流條件輸入MIKE21軟件中，MIKE21軟件通過計算模擬出設(shè)計要求的入流條件下，二維非恒定流數(shù)值模型中初步選定的各個站址的最大淹沒水深； 6)將初步選定的各個站址按照最大淹沒水深進行排序，得出各個站址的優(yōu)先選擇順序:根據(jù)步驟5)的模擬結(jié)果，將各個站址按照最大淹沒水深從低到高的順序進行排序，得出初步選定的若干站址的優(yōu)先 選擇順序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述水體包括河流、湖泊、水庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述入流條件包括洪水條件和降雨條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述步驟2)中的數(shù)值模型中，初步選定的站址處采用1:1000比例尺，其余位置選用1:10000比例尺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述步驟3)中的阻水邊界包括鐵路、高速公路、建筑物及河道堤防；所述干濕動邊界是指有水和無水區(qū)域交界線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述洪水條件及降雨條件分別采用洪水過程線及降雨過程線表示。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:在所述步驟5)的輸出結(jié)果是展示洪水演進動態(tài)的三維動畫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述步驟3)在MIKE21軟件中對模擬區(qū)域進行網(wǎng)格劃分時，采用非結(jié)構(gòu)化三角形形式，并對初步選定的站址進行網(wǎng)格分區(qū)加密處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維非恒定流數(shù)值模型的電力工程選址方法，其特征在于:所述步驟4)中精度要求是:在邊界區(qū)域、洪水入口及洪水出口處，模擬淹沒水深與歷史記載的實際淹沒水深的差值不大于0.5m ;在模擬區(qū)域內(nèi)部，模擬淹沒水深與歷史資料記載的實際淹沒水深的差值 不大于0.2m。
【文檔編號】G06F17/50GK103886135SQ201410072203
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】張新義, 胡平, 單保濤, 孫軼良, 周衛(wèi), 王景廷, 魏利民, 張益國, 郝建奇, 李文林, 王堯, 董勇為, 曹秋會, 丘海珊, 李興凱, 任立華 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司, 河北省電力勘測設(shè)計研究院, 國網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院