一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法及装置

1.本发明涉及水库运行调控技术领域，具体涉及一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法及装置。


背景技术：

2.水流运动具有运动波和动力波两种特性，两种特性水流运动速度和历时差别极大。河流中的水流运动表现为运动波特性，水库中的水流运动表现为动力波特性。对于大型河道型水库而言，水流运动会同时表现出运动波和动力波特性，使得特征流量历时的计算问题十分复杂。而水库防洪调度、发电调度等主要依据坝前流量进行制定，若无法准确得到特征流量抵达坝前历时，就会造成坝前水位大幅波动，对水库平稳运行造成不利影响。
3.现有技术中，一般是基于来流流量变化过程以及坝前出流流量变化过程判断特征流量抵达坝前历时。通过来流流量变化过程以及坝前流量变化过程判断特征流量抵达坝前历时，基于来流流量变化过程以及坝前流量变化过程确定来流流量变化曲线以及坝前流量变化曲线，来流流量变化过程包含特征流量变化过程，基于来流流量变化曲线和坝前出流流量变化曲线之间的相似度确定特征流量抵达坝前的时间，然后基于特征流量抵达坝前的时间和特征流量变化过程计算特征流量抵达坝前历时；然而当来流流量变化曲线以及坝前出流流量变化曲线变化复杂且没有规律时，只基于来流流量变化曲线和坝前出流流量变化曲线无法准确确定坝前流量变化情况是否是特征流量抵达坝前导致的，因此无法准确计算特征流量抵达坝前历时。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术无法准确计算特征流量抵达坝前历时的缺陷，从而提供一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法及装置。
5.第一方面，本发明实施例公开了一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法，获取第一时段内的实测来流流量变化信息，实测来流流量变化信息用于表征不同时刻的来流流量；根据第一时段内的实测来流流量变化信息得到第一出流流量变化信息；将实测来流流量变化信息中的特征流量上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，特征流量对应第二时段，第二时段包含于第一时段内；根据特征来流流量变化信息得到第二出流流量变化信息；根据第二出流流量变化信息以及第一出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息；基于标记流量变化信息以及坝前差额流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时。
6.本发明提供的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法，通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，基于实测来流流量变化信息得到对应的第一出流流量变化信息，基于特征来流流量变化信息得到对应的第二出流流量变化信息，基于第一出流流量变化和第二出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息，基于坝前差额流量变化信息和标记流量变化信息确定特
征流量抵达坝前历时。本发明的方法通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，然后捕捉标记流量出现的时间，可在坝前水位、流量任意变化的情况下，计算特征流量抵达坝前历时，有效提高了特征流量抵达坝前历时计算结果的准确性，对制定大型水库运行方案、水库的平稳调度和安全运行具有重要价值。
7.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，根据第一时段内的实测来流流量变化信息得到第一出流流量变化信息，包括：获取第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息；将第一时段内实测来流流量变化信息、第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的非恒定流水动力模型中，得到第一出流流量变化信息。
8.本实施方式提供的方法，通过非恒定流水动力模型可以准确计算第一出流流量变化信息。
9.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，获取第一时段内的水库沿程水位信息，包括：将第一时段内的实测来流流量变化信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的恒定流水动力模型中，得到水库沿程水位。
10.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，基于标记流量变化信息以及坝前差额流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时，包括：在坝前差额流量变化信息中，确定与标记流量变化信息相对应的目标信息段；根据目标信息段的时间信息与第二时段，确定特征流量抵达坝前历时。
11.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，在坝前差额流量变化信息中，确定与标记流量变化信息相对应的目标信息段，包括：根据标记流量变化信息确定标记流量变化曲线，标记流量变化曲线用于表征标记流量随时间的变化信息；根据坝前差额流量变化信息确定坝前差额流量变化曲线，坝前差额流量变化曲线用于表征坝前差额流量随时间的变化信息；将坝前差额流量变化曲线中与标记流量变化曲线相似度最高的曲线段确定为目标信息段。
12.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，根据目标信息段的时间信息与第二时段，确定特征流量抵达坝前历时，包括：确定标记流量变化曲线在第二时段内的峰值对应的第一时间；确定目标信息段的峰值对应的第二时间；基于第二时间与第一时间的差计算特征流量抵达坝前历时。
13.第二方面，本发明实施例还公开了一种水库特征流量抵达坝前历时的计算装置，包括：获取模块，用于获取第一时段内的实测来流流量变化信息，实测来流流量变化信息用于表征不同时刻的来流流量；第一确定模块，用于根据第一时段内的实测来流流量变化信息得到第一出流流量变化信息；叠加模块，用于将实测来流流量变化信息中的特征流量上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，特征流量对应第二时段，第二时段包含于第一时段内；第二确定模块，用于根据特征来流流量变化信息得到第二出流流量变化信息；第三确定模块，用于根据第二出流流量变化信息以及第一出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息；第四确定模块，用于基于标记流量变化信息以及坝前差额流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时。
14.结合第一方面，在第一方面的一种可能的实施方式中，第一确定模块，包括：获取子模块，用于获取第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息；第一确定子模
块，用于将第一时段内实测来流流量变化信息、第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的非恒定流水动力模型中，得到第一出流流量变化信息。
15.第三方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如第一方面或第一方面任一可选实施方式的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法。
16.第四方面，本发明实施方式还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面任一可选实施方式的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
18.图1为本发明实施例中水库特征流量抵达坝前历时的计算方法的一个具体示例的流程图；
19.图2为本发明实施例中实测来流流量变化信息示意图；
20.图3为本发明实施例中坝前水位变换信息示意图；
21.图4为本发明实施例中第一出流流量变化信息示意图；
22.图5为本发明实施例中第二出流流量变化信息示意图；
23.图6为本发明实施例中标记流量变化曲线示意图；
24.图7为本发明实施例中坝前差额流量变化曲线示意图；
25.图8为本发明实施例中水库特征流量抵达坝前历时的计算装置的一个具体示例的原理框图；
26.图9为本发明实施例中电子设备的一个具体示例图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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。
29.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
30.本发明实施例公开了一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
31.步骤s101，获取第一时段内的实测来流流量变化信息，实测来流流量变化信息用
于表征不同时刻的来流流量。
32.示例性地，第一时段可以是任一需要计算特征流量抵达坝前历时的时段，本技术实施例对第一时段的具体内容不做限定，本领域技术人员可以根据需求确定；实测来流流量变化信息可以是第一时段内不同时刻的来流流量值。本技术实施例中，第一时段内的来流流量变化信息示意图可以如图2所示。
33.步骤s102，根据第一时段内的实测来流流量变化信息得到第一出流流量变化信息。
34.作为本发明一个可选实施方式，步骤s102，包括：
35.获取第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息；将第一时段内实测来流流量变化信息、第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的非恒定流水动力模型中，得到第一出流流量变化信息。
36.示例性地，水库沿程水位信息反映水库沿程各个位置到坝前距离与对应位置的水位之间的关联关系；坝前水位变化信息可以是利用水位测量工具测量得到的坝前水位随时间的变化信息。水库的非恒定流水动力模型可以是采用有限差分法求解圣维南方程组以及一维对流扩散方程，可用于单一河道或复杂河网的水动力水质模拟，可处理非恒定流，提供了水位、流量、水位-流量关系型、自由出流、水闸、水堰等边界类型、可自定义模型输出方式的模型。第一出流流量变化信息是实测来流流量变化信息对应的出流流量变化信息。本技术实施例中，坝前水位变化信息可以如图3所示；将水库沿程水位信息作为为初始条件，将实测来流流量变化信息、坝前水位变化信息作为输入条件，求解水库非恒定流水动力计算模型，得到第一出流流量变化信息，第一出流流量变换信息对应的曲线图可以如图4所示。
37.步骤s103，将实测来流流量变化信息中的特征流量上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，特征流量对应第二时段，第二时段包含于第一时段内。
38.示例性地，预设标记流量变化信息可以是实际来流流量的情况确定的流量变化过程，本技术实施例对预设标记流量变化信息的具体内容不做限定，本领域技术人员可以根据需求确定。本技术实施例中，特征流量可以理解为洪峰，标记流量持续时间与特征流量对应的时段一致，时间间隔与来流流量数据间隔一致，即特征流量对应的第二时段为36h，标记流量对应的时段也为36h，当来流流量每1h一个数据，标记流量也为每1h一个数据。第二时段可以是图2中8月12日到8月17日所表征的时段，则实测来流流量变化信息中的特征流量可以是如图2所示的实测来流流量变化信息中8月12日到8月17日对应的流量变化信息所表征的流量信息，预设标记流量的最大值可以不大于实测来流流量最小值的10％，在图2中，8月12日到8月17日对应的流量的最小值为15000m3/s，则预设标记流量的最大值可以是1000m3/s。
39.步骤s104，根据特征来流流量变化信息得到第二出流流量变化信息。
40.示例性地，本技术实施例中，可以将水库沿程水位信息作为初始条件，将特征来流流量变化信息、坝前水位变化信息作为输入条件，求解水库的非恒定流水动力模型，得到特征来流流量变化信息对应的第二出流流量变化信息，本技术实施例中，第二出流流量变化信息的示意图可以如图5所示。
41.步骤s105，根据第二出流流量变化信息以及第一出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息。
42.示例性地，本技术实施例中，将第二出流流量变化信息以及第一出流流量变化信息相减，可以得到坝前差额流量变化信息。
43.步骤s106，基于标记流量变化信息以及坝前差额流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时。示例性地，将坝前差额流量变化信息与标记流量变化信息进行比对，基于比对结果确定特征流量抵达坝前历时。
44.本发明提供的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法，通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，基于实测来流流量变化信息得到对应的第一出流流量变化信息，基于特征来流流量变化信息得到对应的第二出流流量变化信息，基于第一出流流量变化和第二出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息，基于坝前差额流量变化信息和标记流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时。本发明的方法通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，然后捕捉标记流量出现的时间，可在坝前水位、流量任意变化的情况下，计算特征流量抵达坝前历时，有效提高了特征流量抵达坝前历时计算结果的准确性，对制定大型水库运行方案、水库的平稳调度和安全运行具有重要价值。
45.作为本发明一个可选实施方式，获取第一时段内的水库沿程水位信息，包括：将第一时段内的实测来流流量变化信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的恒定流水动力模型中，得到水库沿程水位。
46.示例性地，恒定流水动力模型可以是采用有限差分法求解圣维南方程组以及一维对流扩散方程，可用于单一河道或复杂河网的水动力水质模拟，可处理恒定流的模型。本技术实施例中，将第一时段内的实测来流流量变化信息、坝前水位变化信息作为输入条件，求解水库的恒定流水动力模型，得到水库沿程水位。
47.作为本发明一个可选实施方式，步骤s106，包括：
48.在坝前差额流量变化信息中，确定与标记流量变化信息相对应的目标信息段；根据目标信息段的时间信息与第二时段，确定特征流量抵达坝前历时。
49.示例性地，本技术实施例中，可以基于标记流量变化信息和坝前差额流量变化信息之前的变化相似度来确定坝前差额流量变化信息中与标记流量变换信息相对应的目标信息段。
50.作为本发明一个可选实施方式，在坝前差额流量变化信息中，确定与标记流量变化信息相对应的目标信息段，包括：
51.步骤a1，根据标记流量变化信息确定标记流量变化曲线，标记流量变化曲线用于表征标记流量随时间的变化信息。
52.示例性地，本技术实施例中，标记流量变化曲线可以如图6所示，由图6中可以明显得到标记流量对应的时间段为8月12日零时到8月17日零时，该时间段内标记流量的最大值为1000m3/s。
53.步骤a2，根据坝前差额流量变化信息确定坝前差额流量变化曲线，坝前差额流量变化曲线用于表征坝前差额流量随时间的变化信息。示例性地，本技术实施例中，坝前差额流量变化曲线可以如图7所示。
54.步骤a3，将坝前差额流量变化曲线中与标记流量变化曲线相似度最高的曲线段确定为目标信息段。示例性地，本技术实施例中，基于图7所示的坝前差额流量变化曲线和图6
标记流量变化曲线可以确定相似度最高的目标信息段。
55.作为本发明一个可选实施方式，根据目标信息段的时间信息与第二时段，确定特征流量抵达坝前历时，包括：
56.步骤b1，确定标记流量变化曲线在第二时段内的峰值对应的第一时间。示例性地，本技术实施例中，基于图6所示的标记流量变化曲线中8月12日零时到8月17日零时标记流量峰值对应的第一时间为8月14日12时。
57.步骤b2，确定目标信息段的峰值对应的第二时间。示例性地，本技术实施例中，基于图7所示的坝前差额流量变化曲线中目标信息段内的流量峰值对应的第二时间为8月16日11时。
58.步骤b3，基于第二时间与第一时间的差计算特征流量抵达坝前历时。
59.示例性地，本技术实施例中，基于标记流量峰值对应的第一时间8月14日12时以及目标信息段内的流量峰值对应的第二时间8月16日11时可以确定标记流量入库水流的传播时间约为47小时，即特征流量抵达坝前历时约为47小时。
60.下面通过一个具体的实施例来说明一种水库特征流量抵达坝前历时的计算方法的具体计算过程。
61.实施例：
62.有一河道型水库，库长600余公里，现已知来流流量过程如图2，坝前水位过程如图3。当前拟分析8月12日到8月17日这次洪峰过程传播到坝前的时间。根据该方法，首先确定拟分析时段为8月12日零时到8月17日零时；该时段内，来流流量最小值为15000m3/s；确定叠加的标记流量过程最大值为1000m3/s，起始时刻为8月12日零时，终止时刻为8月17日零时，叠加的标记流量过程如图6所示。未叠加标记流量过程的出流流量计算结果见图4；叠加标记流量过程的出流流量计算结果见图5；坝前差额流量随时间变化见图7；通过对比图6和图7可知，在选择时段内，叠加入流的峰值出现时刻为8月14日12时，坝前差额流量出现时间为8月16日11时，相应该时段内来流流量的传播时间约为47小时。
63.本发明实施例还公开了一种水库特征流量抵达坝前历时的计算装置，如图8所示，该装置包括：
64.获取模块201，用于获取第一时段内的实测来流流量变化信息，实测来流流量变化信息用于表征不同时刻的来流流量，详细内容参加上述实施例中步骤s101的描述，在此不再赘述。
65.第一确定模块202，用于根据第一时段内的实测来流流量变化信息得到第一出流流量变化信息，详细内容参加上述实施例中步骤s102的描述，在此不再赘述。
66.叠加模块203，用于将实测来流流量变化信息中的特征流量上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，特征流量对应第二时段，第二时段包含于第一时段内，详细内容参加上述实施例中步骤s103的描述，在此不再赘述。
67.第二确定模块204，用于根据特征来流流量变化信息得到第二出流流量变化信息，详细内容参加上述实施例中步骤s104的描述，在此不再赘述。
68.第三确定模块205，用于根据第二出流流量变化信息以及第一出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息，详细内容参加上述实施例中步骤s105的描述，在此不再赘述。
69.第四确定模块206，用于基于标记流量变化信息以及坝前差额流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时，详细内容参加上述实施例中步骤s106的描述，在此不再赘述。
70.本发明提供的水库特征流量抵达坝前历时的计算装置，通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，得到特征来流流量变化信息，基于实测来流流量变化信息得到对应的第一出流流量变化信息，基于特征来流流量变化信息得到对应的第二出流流量变化信息，基于第一出流流量变化和第二出流流量变化信息的差，确定坝前差额流量变化信息，基于坝前差额流量变化信息和标记流量变化信息确定特征流量抵达坝前历时。本发明的方法通过在实测来流流量变化信息中的特征流量变化信息上叠加预设标记流量变化信息，然后捕捉标记流量出现的时间，可在坝前水位、流量任意变化的情况下，计算特征流量抵达坝前历时，有效提高了特征流量抵达坝前历时计算结果的准确性，对制定大型水库运行方案、水库的平稳调度和安全运行具有重要价值。
71.作为本发明一个可选实施方式，第一确定模块，包括：获取子模块，用于获取第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息；第一确定子模块，用于将第一时段内实测来流流量变化信息、第一时段内的水库沿程水位信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的非恒定流水动力模型中，得到第一出流流量变化信息。
72.作为本发明一个可选实施方式，获取子模块，包括：第二确定子模块，用于将第一时段内的实测来流流量变化信息以及坝前水位变化信息输入到预先建立的恒定流水动力模型中，得到水库沿程水位。
73.作为本发明一个可选实施方式，第四确定模块，包括：第三确定子模块，用于在坝前差额流量变化信息中，确定与标记流量变化信息相对应的目标信息段；第四确定子模块，用于根据目标信息段的时间信息与第二时段，确定特征流量抵达坝前历时。
74.作为本发明一个可选实施方式，第三确定子模块，包括：第五确定子模块，用于根据标记流量变化信息确定标记流量变化曲线，标记流量变化曲线用于表征标记流量随时间的变化信息；第六确定子模块，用于根据坝前差额流量变化信息确定坝前差额流量变化曲线，坝前差额流量变化曲线用于表征坝前差额流量随时间的变化信息；第七确定子模块，用于将坝前差额流量变化曲线中与标记流量变化曲线相似度最高的曲线段确定为目标信息段。
75.作为本发明一个可选实施方式，第四确定子模块，包括：第八确定子模块，用于确定标记流量变化曲线在第二时段内的峰值对应的第一时间；第九确定子模块，用于确定目标信息段的峰值对应的第二时间；计算子模块，用于基于第二时间与第一时间的差计算特征流量抵达坝前历时。
76.本发明实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，该电子设备可以包括处理器401和存储器402，其中处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
77.处理器401可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器401还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
78.存储器402作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法。
79.存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器401所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器401。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
80.所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述处理器401执行时，执行如图1所示实施例中的水库特征流量抵达坝前历时的计算方法。
81.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
82.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
83.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。