申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

申请日：2024-01-29

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117648828B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F17/14;G06F17/15;G06Q10/0631;G06Q50/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2024.03.22#实质审查的生效;2024.03.05#公开

摘要：本发明公开了一种河网水动力精准调控方法及系统，包括获取预定区域的研究数据并预处理；基于研究数据进行初步分析模拟，获得N个重点调控时段；针对每一重点调控时段，提取河网中的关键节点和关键边；构建水动力水质模拟模型、率定模型参数并运行，得到河网的未来的水动力和水质状态，评估河网的水动力和水质风险和趋势；构建水力精准调控函数和约束条件，采用模型求解和优化算法进行求解水动力水质模拟模型，获得精准调控方案集合；依序调取精准调控方案集合中的调控方案并运行，采用预构建专家评估模块对精准调控方案进行评估。通过精准调控河道的水位和流量，改善河网水质、提高河网水体流动性，提高城市河网水环境承载能力。

主权项：1.河网水动力精准调控方法，用于平原城市河网水动力调控，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、获取预定区域的研究数据并预处理，所述研究数据包括水文水质数据、河网基础数据和水动力数据；步骤S2、基于研究数据进行初步分析模拟，提取研究区域内水动力和水质的变化周期，获得N个重点调控时段；针对每一重点调控时段，提取河网中的关键节点和关键边；N为自然数；步骤S3、构建水动力水质模拟模型，率定水动力水质模拟模型的模型参数并运行水动力水质模拟模型，得到河网的未来的水动力和水质状态，评估河网的水动力和水质风险和趋势；步骤S4、构建水力精准调控函数和约束条件，采用模型求解和优化算法进行求解水动力水质模拟模型，获得精准调控方案集合；步骤S5、依序调取精准调控方案集合中的调控方案并运行，采用预构建专家评估模块对精准调控方案进行评估；所述步骤S1进一步为：步骤S11、获取河网基础数据，提取河网水系结构，对河网水系和河网中的各个区域进行概化，形成河网的节点和边，形成水动力水质空间交互网络；步骤S12、获取预定时长的水文水质数据和水动力数据，分别初步分析水质和水动力变化规律；步骤S13、根据预设的交互模式和区域类型，为河网参数赋予不同的取值或权重，对参数进行空间差异化；所述步骤S2进一步为：步骤S21、利用傅里叶分析法对水质和水动力数据进行周期分析，确定河网水质和水动力的主要变化周期；步骤S22、根据变化周期，将研究时段划分为若干个重点调控时段，每个重点调控时段的长度不超过预定时长；步骤S23、针对每一周期，对河网水系结构进行拓扑分析，初步确定河网中的关键节点和关键边，作为调控的重点对象，提取各个周期内的相同的关键节点和关键边作为核心节点和核心边；步骤S24、计算并分析河网水质和水动力的影响因素的敏感度，确定河网中的敏感参数和敏感区域，作为调控的重点指标；步骤S25、综合考虑重点调控时段、重点对象和重点指标，确定河网水动力精准调控的目标和区域范围，以保证每一节点的水位、流量和水质达到预定标准，以及使各边的流速、水温和溶解氧达到最优值为目标，获取各个调控范围内各个周期的关键节点和关键边；所述步骤S3进一步为：步骤S31、读取河网基础数据，构建河网水动力数值模型并运行，获得河网水动力的时空分布数据；步骤S32、读取河网水质数据，构建河网水质数值模型并运行，获得河网水质的时空分布数据；步骤S33、根据河网水动力和水质的耦合关系，建立河网水动力水质耦合模型，实现水动力和水质的动态互馈，得到河网水动力水质的时空分布数据；步骤S34、从研究数据中获取水文水质的实测数据，对河网水动力水质模型进行参数率定，并采用优化算法和误差分析法确定模型参数的最优值，使模拟结果与实测结果的误差最小；步骤S35，根据河网水动力水质的预测需求，采用河网水动力水质模型进行预测，得到河网水动力水质的未来时空分布数据，评估河网水动力水质的风险和趋势，确定关键节点和关键边的影响范围；所述步骤S4进一步为：步骤S41、根据河网水动力精准调控的目标和范围，建立水力精准调控目标函数，并根据不同的调控目标，确定目标函数的权重、约束条件和优化范围；步骤S42、根据河网水动力精准调控的重点对象，建立水力精准调控方案生成方法，包括结构性调控方案和非结构性调控方案，结构性调控方案包括河网的工程布局、设计参数和运行方式，非结构性调控方案包括河网的引排水量、闸门开度和泵站运行参数；步骤S43、根据河网水动力精准调控的重点指标，建立水力精准调控方案评价方法，包括水动力效果评价和水环境效果评价；步骤S44、根据河网水动力精准调控的目标函数、方案生成方法和方案评价方法，建立水力精准调控方案的多目标优化方法；所述步骤S5进一步为：步骤S51，依序调取水力精准调控方案集合中的调控方案，将调控方案中的闸门开度和泵站运行控制量输入河网水动力水质耦合模型，得到河网水动力水质的时空分布数据；步骤S52，利用水力精准调控方案评价方法，对河网水动力水质的时空分布数据进行评价，得到水动力效果评价值和水环境效果评价值，将评价值与水力精准调控目标函数进行比较，判断是否满足调控目标；步骤S53，如果满足调控目标，则输出对应的水力精准调控方案，并结束；如果不满足调控目标，则继续调取下一个水力精准调控方案，重复步骤S51和S52，直到找到满足调控目标的水力精准调控方案或者遍历完所有的水力精准调控方案集合为止。

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