一种水库分层水温模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种水库分层水温模拟方法及系统，涉及水库水环境管理技术领域，首先基于短时间跨度的气象数据、水文数据及水温数据建立水库水动力学模型，然后基于长时间跨度的气象数据与水文数据，利用水库水动力学模型生成长时间跨度的各层水温；然后利用长时间跨度的气象数据、水文数据及各层水温数据，分别构建针对各层水温的水温支持向量回归模型，实现水库水温快速、准确模拟；相较于现有的水动力学模型方法，能够快速地实现对水温的模拟；相较于现有的数据驱动方法，克服了具有代表性的长时间跨度水温数据难以获取的缺陷。长时间跨度水温数据难以获取的缺陷。长时间跨度水温数据难以获取的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种水库分层水温模拟方法及系统


[0001]本专利技术涉及水库水环境管理
，特别是涉及一种水库分层水温模拟方法及系统。

技术介绍

[0002]水库建设是水资源开发利用的常见措施，水库蓄水不仅影响了河川径流过程，也对水温起到了调节作用。水库水温是水库水环境的重要特征，水温影响水体溶解氧浓度、化学反应速率，也对浮游植物、鱼类等水生生物的生长繁殖有重要影响。水库表面水温升高容易诱发蓝藻水华，从而使水质恶化；下泄水温降低会抑制下游鱼类洄游产卵，造成鱼类多样性降低。准确模拟水库水温变化过程对水库水环境管理具有重要意义。
[0003]目前，水库水温模拟方法主要有两种：水动力学模型方法与数据驱动模型方法。水动力学模型方法基于物理过程，能够模拟各种气象条件和工程情况下的水温分布情况，但计算速度很慢，不适合实时模拟或大量的敏感性分析与优化；数据驱动模型直接建立各种环境监测数据与水温之间的回归关系，因而能够实现水温的快速模拟，但具有代表性的长时间跨度水温数据往往难以获取。亟需一种模拟方法，实现水库分层水温的快速准确模拟。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种水库分层水温模拟方法及系统，实现了水库分层水温的快速准确模拟。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种水库分层水温模拟方法，水库在高程方向上按照预设层间隔被分为若干层，所述水库分层水温模拟方法包括以下步骤：
[0007]获取第一时间跨度下逐日的气象数据、第一时间跨度下逐日的水文数据和第一时间跨度下逐日的水温数据和水库地形数据
[0008]根据第一时间跨度下逐日的气象数据、第一时间跨度下逐日的水文数据、第一时间跨度下逐日的水温数据和所述水库地形数据，建立水库水动力学模型。
[0009]获取第二时间跨度下逐日的气象数据和第二时间跨度下逐日的水文数据。
[0010]根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据和第二时间跨度下逐日的所述水文数据，利用所述水库水动力学模型，模拟得到第二时间跨度下水库各层逐日的水温；所述第二时间跨度大于所述第一时间跨度。
[0011]针对水库的任一层，根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据、第二时间跨度下逐日的所述水文数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，训练所述层的水温支持向量回归模型。
[0012]根据预设时间跨度下逐日的气象数据和预设时间跨度下逐日的水文数据，利用各层的水温支持向量回归模型，模拟得到目标日期水库各层的水温；所述预设时间跨度为目标日期前的预设天数，且预设时间跨度结束点为目标日期。
[0013]可选地，所述气象数据包括气温、相对湿度、辐射、风速和风向；所述水文数据包括水库水位、水库入流流量数据和水库出流流量数据。所述根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据、第二时间跨度下逐日的所述水文数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，训练所述层的水温支持向量回归模型，具体包括：
[0014]根据第二时间跨度下逐日的气象数据、第二时间跨度下逐日的水库入流流量数据、第二时间跨度下逐日的水库水位、第二时间跨度下逐日的水库出流流量数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，确定多个样本数据集；每个所述样本数据集中包括一个输入因素或多个输入因素的组合及第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，且各样本数据集中的输入因素或输入因素的组合不同；所述输入因素为第二时间跨度下逐日的气温、第二时间跨度下逐日的相对湿度、第二时间跨度下逐日的辐射、第二时间跨度下逐日的风速、第二时间跨度下逐日的风向、第二时间跨度下逐日的水库入流流量数据、第二时间跨度下逐日的水库水位和第二时间跨度下逐日的水库出流流量数据中的任意一种。
[0015]针对任一样本数据集，将所述样本数据集划分为训练集和测试集。
[0016]利用各样本数据集的训练集分别训练一支持向量回归模型，得到多个待确定支持向量回归模型。
[0017]针对任一待确定支持向量回归模型，利用所述待确定支持向量回归模型对应的样本数据集的测试集验证所述待确定支持向量回归模型，得到所述待确定支持向量回归模型的准确度。
[0018]确定准确度最高的待确定支持向量回归模型，为所述层的水温支持向量回归模型。
[0019]可选地，所述根据预设时间跨度下逐日的气象数据和预设时间跨度下逐日的水文数据，利用各层的水温支持向量回归模型，模拟得到目标日期水库各层的水温，具体包括：
[0020]针对水库的任一层，在所述预设时间跨度下逐日的气象数据和预设时间跨度下逐日的水文数据中，确定所述层的水温支持向量回归模型的输入数据；所述输入数据为一个输入因素或多个输入因素的组合。
[0021]将所述输入数据输入到所述层的水温支持向量回归模型中，得到目标日期水库所述层的水温。
[0022]可选地，在将所述样本数据集划分为训练集和测试集之前，所述水库分层水温模拟方法还包括：
[0023]对所述样本数据集中的数据进行标准化处理。
[0024]可选地，根据下式对所述样本数据集中的数据进行标准化处理：
[0025][0026]其中，x
′
t
为标准化后数据x在t时刻的值，x
t
为标准化前数据x在t时刻的值，a为数据x的下限，b为数据x的上限。
[0027]可选地，所述水库在高程方向上按照预设层间隔分为的若干层中包括水库表层和水库下泄层；所述水库的多个水温支持向量回归模型中包括水库表层的水温支持向量回归模型和水库下泄层的水温支持向量回归模型。
[0028]可选地，所述水温支持向量回归模型的核函数为径向基函数。
[0029]可选地，所述水温支持向量回归模型的容许偏差取值于[0.01,0.02]之间。
[0030]对应于前述的水库分层水温模拟方法，本专利技术还提供了一种水库分层水温模拟系统，所述水库分层水温模拟系统在被计算机运行时，执行如前文所述的水库分层水温模拟方法。
[0031]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0032]本专利技术提供的一种水库分层水温模拟方法及系统，首先基于短时间跨度的气象数据、水文数据及水温数据建立水库水动力学模型，然后基于长时间跨度的气象数据与水文数据，利用水库水动力学模型生成长时间跨度的各层水温；然后利用长时间跨度的气象数据、水文数据及各层水温数据，分别构建针对各层水温的水温支持向量回归模型，实现水库水温快速、准确模拟。相较于现有的水动力学模型方法，本专利技术利用训练好的水温支持向量回归模型，能够快速地实现对水温的模拟；相较于现有的数据驱动方法，本专利技术利用预先建立的水库水动力学模型生成具有代表性的长时间跨度水温数据，克服了现有技术中难以获取具有代表性的长时间跨度水温数据的缺陷。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水库分层水温模拟方法，所述水库在高程方向上按照预设层间隔分为若干层，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取第一时间跨度下逐日的气象数据、第一时间跨度下逐日的水文数据和第一时间跨度下逐日的水温数据和水库地形数据；根据第一时间跨度下逐日的气象数据、第一时间跨度下逐日的水文数据、第一时间跨度下逐日的水温数据和所述水库地形数据，建立水库水动力学模型；获取第二时间跨度下逐日的气象数据和第二时间跨度下逐日的水文数据；根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据和第二时间跨度下逐日的所述水文数据，利用所述水库水动力学模型，模拟得到第二时间跨度下水库各层逐日的水温；所述第二时间跨度大于所述第一时间跨度；针对水库的任一层，根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据、第二时间跨度下逐日的所述水文数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，训练所述层的水温支持向量回归模型；根据预设时间跨度下逐日的气象数据和预设时间跨度下逐日的水文数据，利用各层的水温支持向量回归模型，模拟得到目标日期水库各层的水温；所述预设时间跨度为目标日期前的预设天数，且预设时间跨度结束点为目标日期。2.根据权利要求1所述的水库分层水温模拟方法，其特征在于，所述气象数据包括气温、相对湿度、辐射、风速和风向；所述水文数据包括水库水位、水库入流流量数据和水库出流流量数据；所述根据第二时间跨度下逐日的所述气象数据、第二时间跨度下逐日的所述水文数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，训练所述层的水温支持向量回归模型，具体包括：根据第二时间跨度下逐日的气象数据、第二时间跨度下逐日的水库入流流量数据、第二时间跨度下逐日的水库水位、第二时间跨度下逐日的水库出流流量数据和第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，确定多个样本数据集；每个所述样本数据集中包括一个输入因素或多个输入因素的组合及第二时间跨度下水库所述层逐日的水温，且各样本数据集中的输入因素或输入因素的组合不同；所述输入因素为第二时间跨度下逐日的气温、第二时间跨度下逐日的相对湿度、第二时间跨度下逐日的辐射、第二时间跨度下逐日的风速、第二时间跨度下逐日的风向、第二时间跨度下逐日的水库入流流量数据、第二时间跨度下逐日的水库水位和第二时间跨度下逐日的水库出流流量数据中的任意一种；针对任一样本数据集，将所述样本数据集划分为训练集和测试集；利用各样本数据集的训练集分别训练一支持向量回归模型，得到多个待...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，王隆凡，徐博，辛卓航，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：