基于图论的城市河网水系连通方案优

发布时间：2021-03-19 14:32

　　对于复杂河网水系来说,水系连通方案的选择决定了河道是否有效连通以及各种功能能否得以保障。为了优选最佳水系连通方案,本文以清潩河许昌段为研究对象,借助图论法构建了城市水系河网图模型;考虑多闸联合调度以及各节点水量平衡关系,并利用图模型的邻接矩阵和加权邻接矩阵来描述河网水系对水量的分配作用,进而计算整个河网水系各河段和节点的流量值;以水生态景观面积最大为优选目标,结合河网水量分配关系和水力约束建立了多闸联合调度下的水系连通方案优选模型,优选得到在不同工况下的清潩河许昌段最佳水系连通方案。结果显示,在多数连通方案下河网流量可能会超出流量限值,而优选方案下的河网流量不仅可以满足流量约束、保障河网功能需求,还可有效提高水生态景观面积。 

【文章来源】：水利学报. 2020,51(06)北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

河网图模型概化示意图

Bij、Mij、和Hij分别是河段<vi,vj>平均断面的底宽，边坡系数和水深。设该河段长为Lij，则Arij计算公式如式（11）所示，矩阵Ar={Arij}，B={Bij}，M={Mij}，H={Hij}，则Ar计算公式如式（12）所示。式中：*表示两个矩阵的哈达玛积。

式（9）为河网水量分配关系，用以计算不同闸门调度的水系连通方案下的河网流量。式（14）表示流量约束，目的是为了筛选河网流量在适宜范围内的连通方案。Qij是vi到vj的流量，流向为vi→vj。式（14)-(1)中Q限1是为保证河段不断流且筛去流量极小的方案而设置的最小流量，Q限2为防止洪水淹没两岸的最大流量；式（14)-(2)中Q限3i表示第i个河段的最小环境流量控制目标，针对需要设置环境流量目标的关键控制河段；式（14)-(3)中Q限4i表示第i个河段适宜水生生物生存的最大控制流量，针对有水生生物投放的生态修复河段。3个流量约束之间存在交叉。式（15）表示河段<vi,vj>的水力学约束，断面参数如图2所示，Aij,xij和Rij表示过水断面面积，湿周和水力半径，nH和iH为河道糙率系数和水力坡度，Cij表示谢才系数。需要说明的是，Q限1和Q限2是针对整个河网取的极值，相当于是一个极小值和极大值，在多数情况下都达不到该值，设定该范围的主要是针对一些不太重要的河段，而对于一些敏感河段或重要河段，则给了更具体环境流量、生物生长流量作为约束如Q限3i和Q限4i。优化模型的计算通过MATLAB程序实现，计算逻辑为：输入河段参数和输入节点流量，利用式（9）计算不同方案的河网流量，利用公式（14）判断河网流量是否满足流量限制，若满足，利用公式（15）计算河段水深，之后利用该结果计算WA，比较各方案的WA值并进行方案优选。方案通过不同的闸门调度方式确定，具体方案在模型应用时进行说明。计算流程图如图3所示。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3089734