一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法技术

本发明专利技术涉及抽水蓄能电站选址技术领域，且公开了一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法，选址技术包括获取DEM数据，for循环迭代计算并筛选出大坝高度与水库库容在预设范围内的水库；水库库容与大坝高度筛选后的水库进行副坝个数与大坝长度最大值的计算与筛选；最终删除坝体高度、水库库容、副坝个数和大坝长度最大值4个条件不在预设范围的水库并将4个条件均在预设范围内的水库另存到新图层；根据不同的预设范围分别提取上水库和下水库并计算上水库和下水库的平均高程及地理坐标。根据配对原则获取配对后的抽水蓄能电站上水库与下水库，从而避免了人力物力财力的浪费，达到了批量无遗漏进行抽水蓄能电站选址的效果。了批量无遗漏进行抽水蓄能电站选址的效果。了批量无遗漏进行抽水蓄能电站选址的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法


[0001]本专利技术属于抽水蓄能电站选址
，具体为一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法。

技术介绍

[0002]抽水蓄能技术不仅可以很好的配合风电、核电机组的运行，也可以保障电网的安全稳定运行。近年来中国发布了一系列政策推动抽水蓄能项目的建设，给抽水蓄能电站发展带来新的机遇。在抽水蓄能电站的建设中，选址工作是极重要的一环，在地形条件上，其上下水库的站址选择一般需要满足水库库容、大坝高度、上下水库距离与高差之比在合适范围内。首先，抽水蓄能电站的水头要适中，不易过高和过低。抽水蓄能电站的经济水头为330～600，最高不超过700m。其次，抽水蓄能电站的坝体高度的要适中，抽水蓄能电站的上、下水库一般都需要建坝，当坝体达到一定高度时，继续增加坝高，电站的单位千瓦投资增长变幅就会变大，甚至是成倍的增长，因此一般坝高最高不易高于100m。第三是距高比(上、下水库引水口之间水平距离与电站平均水头之比)的要求，电站的距高比以不大于10 为好，而且也不能过低。第四是水库库容与大坝长度也会影响抽水蓄能电站的收益。此外，其上水库最好选择三面环山的山谷建坝成库，尽量避免开挖成库的抽水蓄能电站水库建设地址的选择。综上所述，抽水蓄能电站的上水库和下水库对地形要求极高。实际上，中国适合建设抽水蓄能电站的地点很多，但是由于抽水蓄能电站对地形要求非常高而限制了它的建设和发展。目前的抽水蓄能电站水库选址方法为传统的实地调查法，费时费力成本高，效率低。这种方法不仅耗费人力物力财力，而且不能大规模批量选址，所以建立一套科学、经济、有效的基于地形的抽水蓄能电站选址方案具有很大意义。

技术实现思路

[0003]1.本专利技术解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种基于GIS 与地形的抽水蓄能电站选址方法，它易于普及与推广，软件操作简单，计算结果准确，成果全面系统、直观丰富、层次清晰，无重复和遗漏，且后方专家可有效控制工作质量。
[0004]2.本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法，包括以下步骤：
[0006]2.1)通过网络信息检索技术免费获取低成本收集区域数字高程模型 (DEM)数据；
[0007]2.2)将收集到的DEM数据进行水文分析得到研究区集水区数据，再将集水区数据转为面要素获取水库矢量数据，使用Arcpy分离单个水库矢量数据。
[0008]2.3)用水库矢量数据剪裁收集的DEM数据获取水库的栅格数据，计算水库的初始大坝高度、for循环迭代计算并获取最适宜的单个水库大坝高度与水库库容，在ArcGIS中利用arcpy访问游标对象并修改、添加大坝高度与水库库容数据字段；删除坝体高度、水库库容不在预设范围的水库并将大坝高度、水库库容在预设范围内的水库另存到新图层，完成水库库容与大坝高度的计算；
[0009]2.4)水库库容与大坝高度筛选后的水库进行副坝个数与大坝长度最大值的计算；提取水库边界低于大坝高度的部分，该部分即需要修建大坝之处，将提取出的水库边界转换为矢量数据格式的线要素，融合线要素端点坐标相同的线段，计算线要素个数及最大要素长度，获取水库的副坝个数及大坝长度最大值；删除副坝个数与大坝长度最大值不在预设范围的水库并将副坝个数与大坝长度最大值在预设范围内的水库另存到新图层，完成水库库容与大坝高度的计算；
[0010]2.5)根据水库矢量数据和栅格数据，在ArcGIS中使用以表格显示分区统计工具统计每一个水库的平均高程，获取属性表高程字段；计算水库中心位置的XY坐标，获取属性表坐标字段；
[0011]2.6)依据步骤3)～5)，使用相同方法获取符合条件的下水库矢量数据和栅格数据、计算下水库大坝长度、水库库容、副坝个数及大坝长度最大值、获取各个下水库高程字段与坐标字段；
[0012]2.7)将上水库和下水库的带有高程字段及坐标字段的图层属性表转换成excel，利用python第三方库根据高程与坐标字段计算上水库与下水库距离与高差之比，根据配对原则获取配对后的抽水蓄能电站上水库与下水库。
[0013]3.上述方案中，步骤3)的具体步骤为：
[0014]3.1)将水库矢量面状数据通过面转线工具得到矢量线状数据，从而获取水库边界矢量数据；
[0015]3.2)分别用水库矢量面状数据与水库边界矢量数据剪裁收集的DEM数据得到水库面和水库边界的栅格数据。根据水库边界DEM数据利用arcpy提取边界的最小高程值，该值就是倾泻点高程值；
[0016]3.3)将倾泻点值加上最小大坝高度阈值作为水位线的绝对高程，根据水位线绝对高程利用设为空函数工具提取水淹没地区DEM，水淹没地区DEM通过“表面体积”工具计算得到水库库容V；
[0017]3.4)判断V是否在预设的水库库容范围内，若在预设的范围内则将该水库另存到新图层中，若超过预设的水库库容范围的最大值则将该水库从图层中删除，若低于预设的水库库容范围最小值则在最小大坝高度基础上增加高度得到新的水位线高度，并使用“表面体积”工具重新计算水库库容；
[0018]3.5)判断步骤3.4)所得的水库库容是否在预设范围内，若不在，则重复步骤3.3)和步骤3.4)进入水库库容与大坝高度的循环计算，即增加大坝高度、提取水淹没地区DEM、计算水库库容，直到水库库容达到预设范围为止；若大坝高度的增加值超过预设的大坝高度范围最大值时，水库库容仍然无法达到预设的水库库容范围的最小值，则将该水库从图层中删除。最后得到水库库容及大坝高度均在预设范围内的水库。
[0019]4.上述方案中，步骤4)的具体步骤为：
[0020]4.1)从需要建坝的合适水库库容的水库边界DEM数据中提取低于大坝高度的部分并将其转为水库边界矢量数据，该数据为线要素，线要素的个数再减1，即为副坝个数；
[0021]4.2)若两线段存在相同坐标的端点，则将两线段融合，计算最终线要素个数及线要素长度最大值，得到准确副坝个数和大坝长度最大值；
[0022]4.3)判断副坝个数和大坝长度最大值是否在预设范围内，将均在预设范围内的水
库另存至新图层，其余的水库删除。
[0023]5.本专利技术提出了一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法。方法借助Arcpy批量计算了抽水蓄能电站水库库容、大坝高度、大坝长度最大值、副坝个数，建立一套完整的水库筛选流程。然后计算筛选出的水库的平均高程和中心点坐标，使用python和excel进行上下水库的配对，提取最适宜建设抽水蓄能电站上水库和下水库的地区，可以很好的弥补现有方法存在的不足，实际工作中克服了以下困难：
[0024]5.1)水库库容、大坝高度等条件作为水库选址的直观依据，在求取库容时存在操作繁琐、工作效率低等问题；
[0025]5.2)坝长和副坝数量是选址的重要因素，而当前对于大坝长度提取多依赖于实地考察，耗费人力物力财力；
[0026]5.3)要计算上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GIS与地形的抽水蓄能电站选址方法，包括以下步骤：1)通过网络信息检索技术免费获取低成本收集区域数字高程模型(DEM)数据；2)将收集到的DEM数据进行水文分析得到研究区集水区数据，再将集水区数据转为面要素获取水库矢量数据，使用Arcpy分离单个水库矢量数据；3)用水库矢量数据剪裁收集的DEM数据获取水库的栅格数据，计算水库的初始大坝高度、for循环迭代计算并获取最适宜的单个水库大坝高度与水库库容，在ArcGIS中利用arcpy访问游标对象并修改、添加大坝高度与水库库容数据字段；删除坝体高度、水库库容不在预设范围的水库并将大坝高度、水库库容在预设范围内的水库另存到新图层，完成水库库容与大坝高度的计算；4)水库库容与大坝高度筛选后的水库进行副坝个数与大坝长度最大值的计算；提取水库边界低于大坝高度的部分，该部分即需要修建大坝之处，将提取出的水库边界转换为矢量数据格式的线要素，融合线要素端点坐标相同的线段，计算线要素个数及最大要素长度，获取水库的副坝个数及大坝长度最大值；删除副坝个数与大坝长度最大值不在预设范围的水库并将副坝个数与大坝长度最大值在预设范围内的水库另存到新图层，完成水库库容与大坝高度的计算；5)根据水库矢量数据和栅格数据，在ArcGIS中使用以表格显示分区统计工具统计每一个水库的平均高程，获取属性表高程字段；计算水库中心位置的XY坐标，获取属性表坐标字段；6)依据步骤3)～5)，使用相同方法获取符合条件的下水库矢量数据和栅格数据、计算下水库大坝长度、水库库容、副坝个数及大坝长度最大值、获取各个下水库高程字段与坐标字段；7)将上水库和下水库的带有高程字段及坐标字段的图层属性表转换成excel，利用python第三方库根据高程与坐标字段计算上水库与下水库距离与高差之比，根据配对原则获取配对后的抽水蓄能电站上水库与下水库。2.根据权利要求1所述的水库库容与大坝高度的计算方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋云丽，严云籍，翟林博，姚佳其，何海龙，吕鹏，吴白玉，彭森良，
申请(专利权)人：宋云丽，
类型：发明
国别省市：