[发明专利]一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法

说明书

本发明提供一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法，包括构建分蓄洪区状态机，形成江‑湖‑分蓄洪系统状态转移图；构建入湖洪水演算方案，实现大湖来水模拟预测；构建大湖演算模型，实现江‑湖系统洪水调算；根据江、湖、分蓄洪区的水力联系，通过自适应不同分蓄洪区状态改变系统入流或系统容积曲线，构建分蓄洪区状态机、入湖洪水演算方案和大湖演算模型相耦合的实时洪水模拟调度模型，实现江‑湖‑分蓄洪区洪水联调联算；明确优化目标，采用单纯形法或遗传算法等优化算法，结合联调联算模型，确定理论最佳的分蓄洪区启用组合，实现实时调度方案推荐。

技术领域

本发明涉及流域水文模拟技术领域，尤其涉及一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法。

背景技术

分蓄洪区是江河防洪体系的重要组成部分。近年来，为有效防御流域性洪水，我国在主要江河流域大量新建分蓄洪区，在保障流域和区域防洪安全方面发挥了重要作用。然而分蓄洪区的兴建和启用显著改变了流域天然河道情势和产汇流规律，给流域洪水模拟带来了极大的变化和挑战。因此，合理采用新技术、新方法提高纳入分蓄洪区的河道洪水模拟精度和效率，对更大限度发挥分蓄洪区的综合利用效益，减少社会经济损失具有重要意义。

目前，常规的分蓄洪区洪水模拟方法大多采用基于MIKE平台的水力学模型，通过求解完整的圣维南方程组得到出口断面的水位和流量过程。这种计算方法具有明确的物理基础，能完整模拟洪水在河道和分蓄洪区的演进过程，但也面临一些问题，主要体现在：①需要的基础数据较多，包括沿程河道和分蓄洪区详细的大断面测量数据、上下游水位和流量边界数据等。②操作复杂，需要根据实际情况对相关河网及分蓄洪区进行细致地概化。③对相关电脑配置要求较高、计算速度较慢，对于复杂的分蓄洪区往往需要采用一维二维水力学耦合模型，计算量较大。上述问题在一定程度上限制了纳入分蓄洪区的河道洪水模拟，尤其是大断面数据的测量需要耗费较多人力、物力和财力，因此亟需一种精度较高、所需资料较少的快速模拟方法。

状态机是用来研究有限个状态的计算及这些状态之间的转移和动作等行为的离散数学模型，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心，被广泛用于各类建模。随着状态机的概念和方法逐渐普及，采用状态机进行洪水模拟和水文预报将成为可能。将状态机与水文学方法相结合，有望实现江-湖-分蓄洪区的容积自适应，在断面资料缺乏的情况下快速模拟洪水演进过程。因此，结合状态机的概念和方法进行洪水模拟是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法，为分蓄洪区调度和水旱灾害防御提供更加快速准确的水文信息支持。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基于状态机的江湖分蓄洪区容积自适应洪水模拟方法，包括以下步骤：

S1、构建分蓄洪区状态机：根据防洪区域分蓄洪区的规划，启用时序和运用状态，以图论和有限状态机为基础构建分蓄洪区状态转移图，形成分蓄洪区状态机；

S2、构建大湖演算模型：将江湖连通区域看作一个大湖系统，基于水量平衡原理，根据湖区水位容积曲线、出流断面出流曲线和入流断面入流过程，构建大湖演算模型；

S3、构建入湖洪水演算模型：采用马斯京根算法，构建大湖系统各入流断面的入湖洪水演算方案；

S4、根据水量平衡原理，构建所述分蓄洪区状态机、构建所述大湖演算模型和所述入湖洪水演算模型相耦合的实时洪水模拟调度模型，实现江湖分蓄洪区的洪水模拟计算。

进一步，所述S4中，相耦合的方法为：