對于復(fù)雜河網(wǎng)水系來說,水系連通方案的選擇決定了河道是否有效連通以及各種功能能否得以保障。為了優(yōu)選最佳水系連通方案,本文以清潩河許昌段為研究對象,借助圖論法構(gòu)建了城市水系河網(wǎng)圖模型;考慮多閘聯(lián)合調(diào)度以及各節(jié)點水量平衡關(guān)系,并利用圖模型的鄰接矩陣和加權(quán)鄰接矩陣來描述河網(wǎng)水系對水量的分配作用,進(jìn)而計算整個河網(wǎng)水系各河段和節(jié)點的流量值;以水生態(tài)景觀面積最大為優(yōu)選目標(biāo),結(jié)合河網(wǎng)水量分配關(guān)系和水力約束建立了多閘聯(lián)合調(diào)度下的水系連通方案優(yōu)選模型,優(yōu)選得到在不同工況下的清潩河許昌段最佳水系連通方案。結(jié)果顯示,在多數(shù)連通方案下河網(wǎng)流量可能會超出流量限值,而優(yōu)選方案下的河網(wǎng)流量不僅可以滿足流量約束、保障河網(wǎng)功能需求,還可有效提高水生態(tài)景觀面積。 

【文章來源】：水利學(xué)報. 2020,51(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

河網(wǎng)圖模型概化示意圖

Bij、Mij、和Hij分別是河段<vi,vj>平均斷面的底寬，邊坡系數(shù)和水深。設(shè)該河段長為Lij，則Arij計算公式如式（11）所示，矩陣Ar={Arij}，B={Bij}，M={Mij}，H={Hij}，則Ar計算公式如式（12）所示。式中：*表示兩個矩陣的哈達(dá)瑪積。

式（9）為河網(wǎng)水量分配關(guān)系，用以計算不同閘門調(diào)度的水系連通方案下的河網(wǎng)流量。式（14）表示流量約束，目的是為了篩選河網(wǎng)流量在適宜范圍內(nèi)的連通方案。Qij是vi到vj的流量，流向為vi→vj。式（14)-(1)中Q限1是為保證河段不斷流且篩去流量極小的方案而設(shè)置的最小流量，Q限2為防止洪水淹沒兩岸的最大流量；式（14)-(2)中Q限3i表示第i個河段的最小環(huán)境流量控制目標(biāo)，針對需要設(shè)置環(huán)境流量目標(biāo)的關(guān)鍵控制河段；式（14)-(3)中Q限4i表示第i個河段適宜水生生物生存的最大控制流量，針對有水生生物投放的生態(tài)修復(fù)河段。3個流量約束之間存在交叉。式（15）表示河段<vi,vj>的水力學(xué)約束，斷面參數(shù)如圖2所示，Aij,xij和Rij表示過水?dāng)嗝婷娣e，濕周和水力半徑，nH和iH為河道糙率系數(shù)和水力坡度，Cij表示謝才系數(shù)。需要說明的是，Q限1和Q限2是針對整個河網(wǎng)取的極值，相當(dāng)于是一個極小值和極大值，在多數(shù)情況下都達(dá)不到該值，設(shè)定該范圍的主要是針對一些不太重要的河段，而對于一些敏感河段或重要河段，則給了更具體環(huán)境流量、生物生長流量作為約束如Q限3i和Q限4i。優(yōu)化模型的計算通過MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)，計算邏輯為：輸入河段參數(shù)和輸入節(jié)點流量，利用式（9）計算不同方案的河網(wǎng)流量，利用公式（14）判斷河網(wǎng)流量是否滿足流量限制，若滿足，利用公式（15）計算河段水深，之后利用該結(jié)果計算WA，比較各方案的WA值并進(jìn)行方案優(yōu)選。方案通過不同的閘門調(diào)度方式確定，具體方案在模型應(yīng)用時進(jìn)行說明。計算流程圖如圖3所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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