本發(fā)明涉及水文資料整編領(lǐng)域，尤其涉及一種基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前為研究水庫調(diào)度、水資源管理等問題，河道演進(jìn)及區(qū)間入流資料的收集/推求是必不可少的步驟之一?，F(xiàn)廣泛使用的河道演進(jìn)方法可分為水動(dòng)力學(xué)方法和水文學(xué)方法。水動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算精度較高，物理意義明確，但所需資料較多，計(jì)算復(fù)雜，操作性較差，且求解時(shí)間較長。而，作為眾多研究者采用的水文學(xué)河道演進(jìn)方法----馬斯京根法，計(jì)算過程簡便，所需資料較少，且精度能滿足一般科研、工程需求。但，馬斯京根法建立在河段入流水量、出流水量平衡的假定上提出，多數(shù)情況下不考慮河道上、下游斷面之間的區(qū)間入流影響，對(duì)有支流匯入的情況，往往采取“先演后合”或“先合后演”方法，不過“先演后合”方法或“先合后演”方法使用的前提是需要收集到支流的流量過程資料。

然而，在一些小流域，水文站點(diǎn)建設(shè)并不完善，一些支流往往缺少觀測(cè)資料；或者在山區(qū)流域，山洪暴發(fā)時(shí)區(qū)間入流量等于或超出河道徑流流量。此時(shí)，直接應(yīng)用馬斯京根方法進(jìn)行河道演算得到的結(jié)果的準(zhǔn)確性低，需要反推區(qū)間入流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明1.一種基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，資料收集與整編

收集所計(jì)算目標(biāo)河段上游站點(diǎn)、下游站點(diǎn)同時(shí)段流量資料，并分別將上游站點(diǎn)資料、下游站點(diǎn)資料整編為相同長度、相同計(jì)算時(shí)間步長的流量序列，分別得到上游站點(diǎn)流程序列和下游站點(diǎn)流量序列；

S2，洪峰自動(dòng)識(shí)別

在上游站點(diǎn)流程序列和下游站點(diǎn)流量序列的基礎(chǔ)上，獲取上、下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量過程，同時(shí)，使用馬斯京根法計(jì)算得到的下游站點(diǎn)估計(jì)流量過程；根據(jù)預(yù)先設(shè)置的識(shí)別條件分別識(shí)別出兩個(gè)流量過程中流量出現(xiàn)的各個(gè)極大值或各個(gè)極小值；所述識(shí)別條件包括：

判斷第t時(shí)刻的流量q_t是否為極大值的識(shí)別條件為公式(1)：

q_t-1<q_t且q_t+1<q_t (1)；

判斷第t時(shí)刻的流量q_t是否為極小的識(shí)別條件為公式(2)：

q_t-1>q_t且q_t+1>q_t (2)；

其中，q_t-1、q_t、q_t+1分別為同一個(gè)流量過程中第t-1、t、t+1時(shí)刻的流量值；

將識(shí)別得到的任意一個(gè)流量過程的各個(gè)極大值按流量大小排序；或?qū)⒆R(shí)別得到的任意一個(gè)流量過程的各個(gè)極小值按流量大小排序，得到上、下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列和下游站點(diǎn)估計(jì)流量極值序列；

S3，設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)

設(shè)定馬斯京根法參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)f為公式(3)：

f＝α×f₁(T_obs,T_sim)+β×f₂(q_obs,q_sim) (3)；

其中，f₁為考慮洪峰峰現(xiàn)時(shí)間的分式，f₂為考慮洪水水量擬合度的分式，α為f₁的系數(shù)，β為f₂的系數(shù)T_obs為下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量過程極大值或極小值出現(xiàn)的計(jì)算量序列，T_sim為下游站點(diǎn)估計(jì)流量過程極大值或極小值的出現(xiàn)的計(jì)算量序列，q_obs為下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列中的實(shí)際流量，q_sim為下游站點(diǎn)估計(jì)流量極值過程中的估計(jì)流量；

其中，f₁通過公式(4)計(jì)算：

公式(4)中，T_obs,j為上、下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列中第j標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)的計(jì)算量，T_sim,j為下游站點(diǎn)估計(jì)流量極值序列中第j標(biāo)記點(diǎn)出現(xiàn)的計(jì)算量，所述標(biāo)記點(diǎn)為極大值或極小值，所述計(jì)算量為出現(xiàn)時(shí)間或出現(xiàn)序數(shù)；M為人為選定的上、下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列中流量為極大值或極小值時(shí)洪峰出現(xiàn)的個(gè)數(shù)，M≥1；

f₂通過公式(5)計(jì)算：

公式(5)中，q_obs,i為下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列中i時(shí)刻的實(shí)際流量，q_sim,i為下游站點(diǎn)估計(jì)流量極值過程中i時(shí)刻的估計(jì)流量，表示上、下游站點(diǎn)實(shí)際流量過程中的實(shí)際流量均值，N為下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量極值序列或下游站點(diǎn)估計(jì)流量極值過程中的時(shí)刻總數(shù)；

S4，求目標(biāo)函數(shù)f的最小值f_min；

當(dāng)目標(biāo)函數(shù)f達(dá)到最小值f_min時(shí)，所對(duì)應(yīng)的q_sim即為下游站點(diǎn)出流估計(jì)流量過程，得到該q_sim的馬斯京根法參數(shù)即為目標(biāo)河段馬斯京根法參數(shù)；

S5，區(qū)間入流反推

將同一時(shí)刻的下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量過程與下游站點(diǎn)出流估計(jì)流量過程相減，得到該目標(biāo)河段估計(jì)區(qū)間入流過程。

優(yōu)選地，步驟S3中，系數(shù)α和系數(shù)β的限定條件為：0<β<α<1，α+β＝1。

優(yōu)選地，步驟S1中，所述流量資料為上游站點(diǎn)和下游站點(diǎn)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)不同時(shí)刻的流量值，在所述流量資料中包括流量值和所述流量值對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

優(yōu)選地，所述流量序列按照時(shí)間的先后順序排列。

優(yōu)選地，上游站點(diǎn)流量序列作為所述方法的輸入變量，下游站點(diǎn)流量序列作為步驟S3中所述目標(biāo)函數(shù)f的輸入變量之一。

優(yōu)選地，利用遺傳算法或粒子群算法求目標(biāo)函數(shù)f的最小值f_min。

在公式(4)中需要將下游站點(diǎn)估計(jì)流量序列和下游站點(diǎn)實(shí)測(cè)流量序列中的排序位置相同的極大值點(diǎn)或極小值點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，例如：將兩個(gè)流量序列中排序?yàn)?的極大值點(diǎn)相減，將兩個(gè)流量序列中排序?yàn)?的極大值相減等等。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法，在計(jì)算馬斯京根參數(shù)時(shí)，將計(jì)算流量過程與實(shí)測(cè)流量過程的峰現(xiàn)時(shí)間差加入目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中，并取較大權(quán)重值。本發(fā)明所述方法，在掌握資料較少的情況下通過較簡單的操作仍舊可以得到較高精度的區(qū)間入流過程及馬斯京根系數(shù)。

附圖說明

圖1為基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法的流程示意圖；

圖2為2015年9月18日8時(shí)至2015年9月25日23時(shí)西江龍灘水電站出庫流量過程和巖灘水電站入庫流量過程；

圖3為經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化的馬斯京根法演進(jìn)得到的巖灘水電站入庫估計(jì)流量過程與實(shí)際流量過程；

圖4為計(jì)算得到的西江龍灘水電站、巖灘水電站區(qū)間入流過程。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

本實(shí)施例以廣西西江流域龍灘水電站至巖灘水電站間的水量演進(jìn)為實(shí)例，以表現(xiàn)本發(fā)明達(dá)到的效果。

參照?qǐng)D1，龍灘、巖灘水電站均位于廣西壯族自治區(qū)西北部，同屬紅水河梯級(jí)電站群。龍灘水電站位于廣西天峨縣城上游15公里處，設(shè)計(jì)蓄水位375米，裝機(jī)容量630萬千瓦，屬多年調(diào)節(jié)水庫。巖灘水電站位于大化瑤族自治縣境內(nèi)，正常蓄水位223米，裝機(jī)容量121萬千瓦，屬季調(diào)節(jié)水庫。龍灘至巖灘區(qū)間干流長166公里，區(qū)間總年際8080平方公里，占?jí)沃房刂泼娣e的7.6％。實(shí)施例以起止時(shí)間為2015年9月18日8時(shí)至2015年9月25日23時(shí)，時(shí)間步長為1小時(shí)的龍灘水電站出庫資料和巖灘水電站入庫資料為基礎(chǔ)，計(jì)算龍灘、巖灘水電站間紅水河干流的馬斯京根演進(jìn)參數(shù)，并計(jì)算其區(qū)間入流過程。本實(shí)施例基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法的步驟如下：

步驟一：收集龍灘、巖灘水電站2015年9月18日8時(shí)至2015年9月25日23時(shí)的逐小時(shí)入庫流量過程資料和出庫流量過程資料，見圖2。

步驟二：由于該時(shí)段兩水庫流量過程極大值較復(fù)雜，因此選擇識(shí)別極小值點(diǎn)。

步驟三：設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，初選α、β的值分別為0.7和0.3。

步驟四：使用經(jīng)典遺傳算法，計(jì)算龍灘至巖灘河段馬斯京根法參數(shù)及巖灘水庫入庫估計(jì)流量過程。

步驟五：將下游巖灘水庫入庫流量實(shí)測(cè)過程和步驟四得到的下游巖灘的估計(jì)流量過程相減，得到龍灘水電站至巖灘水電站之間的區(qū)間入流過程。得到的結(jié)果圖見圖3和圖4。

通過采用本發(fā)明公開的上述技術(shù)方案，得到了如下有益的效果：

本發(fā)明所述基于馬斯京根法反推區(qū)間入流的方法，在計(jì)算馬斯京根參數(shù)時(shí)，將計(jì)算流量過程與實(shí)測(cè)流量過程的峰現(xiàn)時(shí)間差加入目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中，并取較大權(quán)重值。本發(fā)明所述方法，在掌握資料較少的情況下通過較簡單的操作仍舊可以得到較高精度的區(qū)間入流過程及馬斯京根系數(shù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。