一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法及装置与流程

本发明涉及水库生态调度，具体涉及一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法及装置。

背景技术：

1、水温是河流系统中理化生物过程的关键因素和主要调控因子。大型水库的建成与投产给防洪、发电、灌溉、航运等带来巨大的经济效益和社会效益，但水库蓄水后会改变水温时空分布，与天然河道相比，库区表面积大，水流平缓且不易混合，水体滞留时间增长，改变了水-气界面的热交换进程和水体内部的热传导过程，导致水库出现不同于蓄水前的水温结构，即大型水库坝前垂向水温具有水温分层现象，其水温随着高程的降低而降低；水经过坝体以及电厂取水口，再通过机组之后的水温，被称为下泄水温。水库水温分层的变化取决于气象条件、入流水温、水库的运行管理方式、取水口的位置和形式、进出水量等各方面的情况，因此不同水库表现出不同的水温分布形式。

2、河道型水库蓄水后“滞冷”和“滞热”效应明显，电站引水口一般位于深水层，水温分层易造成春、夏季下泄水温较天然情况低、冬季下泄水温较天然情况高的现象。鱼类是河流生态系统中的最高级生物，并且由于其在生态系统中的地位和与人类社会之间的密切关系，常被重点关注。鱼类作为变温动物体温调控能力较差，且对环境水温较为敏感，容易受到水温变化的影响。下泄水温低于天然河道水温可能导致鱼类繁殖时间推迟、产卵规模缩小和鱼卵成活率降低等问题，下泄水温高于天然河道水温可能导致鱼类生长期延长，性腺发育提前，在第二年繁殖季节到来前性周期遭破坏。

3、对于河道型水库存在的水温分层现象，由于底层水体温度较低，表层水体温差较大，传统底层取水方式取得水体水温较低，低温水下泄给下游生态环境会造成不利影响。为了减缓这种不利影响，国内外学者进行了大量研究，总结出了工程或非工程措施来控制下泄水温，大致分为三类：分层取水、破坏温跃层、生态调度，其中分层取水措施在国内应用较多。分层取水是通过取水建筑物控制水体抽取位置，从而达到控制下泄水温的一种有效措施，相比于传统单层取水方式，分层取水可缩短低温水体恢复距离。国内外已建和在建的分层取水建筑物多种多样，根据水流特点可分为四种：溢流式取水口（叠梁门）、多层孔型取水口、控制幕取水和新型隔水幕取水，其中，叠梁门分层取水应用最为广泛。

4、叠梁门的运行原理为当水位升高后，通过下放一系列闸门拦挡在电站取水口前方一定范围内，使电站取水高程从取水口上移至叠梁门顶，使得在库区水温分层的情况下，取用上层温度较高的水体。叠梁门修建后，通过水温监测数据计算分析叠梁门运行对电站下泄水温的影响程度，深入研究叠梁门分层取水优化调度，评估叠梁门的运行效果，对健全生态补偿机制，维护河道生态健康状况具有十分重要的意义。现有技术主要是通过在取水口前设置叠梁门，通过增加叠梁门门顶高程以降低门顶水深，尽可能取表层水来提高下泄水温，存在如下缺点：（1）未明确叠梁门运行时间，影响发电效益；（2）未考虑叠梁门布置方式对下泄水温的实际提升效果，影响水库生态调度效果评估。

技术实现思路

1、因此，本发明提供了一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法及装置，能够明确叠梁门运行时间及其布置方式对下泄水温提升效果的影响，科学指导下泄水温的调控，有助于提高发电效益，为水库生态调度提供科学依据，以解决上述背景中提出的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，包括：

4、基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理，构建水温数值模型；

5、对水温数值模型进行可靠性验证，利用验证后的水温数值模型分析叠梁门的层数，落门时间以及叠梁门布置方式的不同参数对应工况对下泄水温的影响；

6、基于分析结果指导下泄水温的调控。

7、优选地，待调控水库实测数据，包括：地形数据、初始条件、边界条件和验证数据。

8、优选地，基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理的过程，包括：

9、基于预设数值模型对待调控水库实测数据的地形数据网格划分后进行插值，得到网格处理的地形数据；

10、根据初始条件和边界条件对预设数值模型进行参数设置。

11、优选地，对水温数值模型进行可靠性验证的过程，包括：将待调控水库实测数据的验证数据输入水温数值模型，得到模型计算数据，并将其与验证数据的实测数据进行对比分析，用于验证水温数值模型的可靠性。

12、优选地，不同参数对应工况的设置遵循单一变量原则。

13、优选地，预设数值模型，包括：efdc数值模型、mike数值模型、fluent数值模型和delft3d数值模型。

14、第二方面，本发明实施例提供一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控装置，包括：

15、构建模块，用于基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理，构建水温数值模型；

16、分析模块，用于对水温数值模型进行可靠性验证，利用验证后的水温数值模型分析叠梁门的层数，落门时间以及叠梁门布置方式的不同参数对应工况对下泄水温的影响；

17、调控模块，用于基于分析结果指导下泄水温的调控。

18、第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，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本发明实施例第一方面的一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法。

19、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、本发明提供的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法及装置，方法包括：基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理，构建水温数值模型；对水温数值模型进行可靠性验证，利用验证后的水温数值模型分析叠梁门的层数，落门时间以及叠梁门布置方式的不同参数对应工况对下泄水温的影响；基于分析结果指导下泄水温的调控。本发明提供的下泄水温调控方法及装置，能够明确叠梁门层数、运行时间以及布置方式对下泄水温提升效果的影响，科学指导下泄水温的调控，有助于提高发电效益，为水库生态调度提供科学依据。

技术特征：

1.一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，所述待调控水库实测数据，包括：地形数据、初始条件、边界条件和验证数据。

3.根据权利要求2所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，所述基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理的过程，包括：

4.根据权利要求2所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，所述对水温数值模型进行可靠性验证的过程，包括：将待调控水库实测数据的验证数据输入水温数值模型，得到模型计算数据，并将其与验证数据的实测数据进行对比分析，用于验证水温数值模型的可靠性。

5.根据权利要求1所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，不同参数对应工况的设置遵循单一变量原则。

6.根据权利要求1所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法，其特征在于，所述预设数值模型，包括：efdc数值模型、mike数值模型、fluent数值模型和delft3d数值模型。

7.一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控装置，其特征在于，包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-6中任一所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-6中任一所述的基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法。

技术总结
本发明公开了一种基于数值模拟的河道型水库下泄水温调控方法及装置，方法包括：基于预设数值模型对待调控水库实测数据进行处理，构建水温数值模型；对水温数值模型进行可靠性验证，利用验证后的水温数值模型分析叠梁门的层数，落门时间以及叠梁门布置方式的不同参数对应工况对下泄水温的影响；基于分析结果指导下泄水温的调控。本发明提供的下泄水温调控方法及装置，能够明确叠梁门层数、运行时间以及布置方式对下泄水温提升效果的影响，科学指导下泄水温的调控，有助于提高发电效益，为水库生态调度提供科学依据。

技术研发人员：杨宇,王海,戴会超,蒋定国,龚文婷,高宇,任实,李帅,吕超楠,温栋,米博宇
受保护的技术使用者：长江三峡集团实业发展（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13