(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210421100.6 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 (72)发明人 彭杨　于显亮　张志鸿　姚礼双　 张雪敏　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 张文宝 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于逐次逼近法的河道断面自动插补 方法 (57)摘要 本发明公开了属于河道水动力数值模拟技 术领域的一种基于逐次逼近法的河道断面自动 插补方法。 包括以下步骤： 步骤1： 以观测断面水 位和流量水文要素的纳什系数和最大为目标函 数， 以水位或流量误差和断面间距为约束条件， 建立基于一维非恒定流数学模型的河道断面自 动插补优化模型； 步骤2： 确定河道断面自动插补 优化模型的参数取值范围； 步骤3： 采用以形定位 模式或以位定形模式的逐次逼近法对河道断面 自动插补优化模 型进行求解。 本发 明实现了对缺 少地形资料的山区河道插补断面的个数、 位置、 形状和河道 糙率等参数的自动优化； 可避免人工 调试的主观任意 性和不确定性， 提高模拟精度。 权利要求书3页 说明书16页 附图6页 CN 114757036 A 2022.07.15 CN 114757036 A 1.一种基于逐次逼近法的河道断面自动插补方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 以观测断面水位与流量水文要素的纳什系数之和最大为目标函数， 以水位、 流 量误差和断面间距为约束 条件， 建立基于一 维非恒定流数学模型的河道断面自动插补 优化 模型； 步骤2： 根据河道的长度、 宽度和比降， 确定河道断面自动插补优化模型的参数取值范 围； 所述参数包括河道 糙率、 插补断面个数、 插补断面位置、 插补断面形状参数， 其中插补断 面形状参数包括断面底宽、 河底高程和边坡系数； 步骤3： 根据基于逐次逼近法的并行求解方法， 采用以形定位计算模式或以位定形计算 模式对河道断面自动插补优化模型进行求 解。 2.根据权利要求1所述基于逐次逼近法的河道断面自动插补方法， 其特征在于， 所述步 骤1中河道断面自动插补优化模型为： 目标函数： 式中， i为观测断面的序 号； N为观测断面总数； NSE(i)为观测断面i的纳什系数值， 具体 为： 式中， T为计算周期， yt(i)为i断面的水位或流量实测值； 为i断面水位或流量实测 序列的平均值； 为i断面水位或流 量计算值； 约束条件： 式中： abs为 绝对值函数， εi为第i个断面的最大 水位或流 量误差； Lmin≤L(k)≤Lmax            (4) 式中， L(k)为插补断面k与前一断面的断面间距； Lmax为给定的最大断面间距； Lmin为给 定的最小断面间距， 取为0 。 3.根据权利要求1所述基于逐次逼近法的河道断面自动插补方法， 其特征在于， 所述步 骤3中的基于逐次逼近法的并行求 解方法具体包括以下步骤： 步骤S1： 对参数进行离散， 设插补断面个数为k1， 插补断面位置的个数为k2， 插补断面形 状中断面底宽的个数为k3、 河底高程的个数为k4、 边坡系数的个数为k5， 河道糙率的个数为 k6， 则共有 个参数组合； 步骤S2： 固定插补断面个数、 插补断面位置和 河道糙率的取值， 仅将各插补断面形状 中权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114757036 A 2的 个参数组合代入基于一维非恒定流数学模型的河道断面自动插补优化模型进行逐 次寻优； 步骤S3： 结合针对单主机多CPU并行计算而设计的OpenMP编译处理技术对基于一维非 恒定流数学模型的河道断面自动插补优化模型进行并行化处理， 将步骤S2中的组合数 分配给不同的线程同时计算。 4.根据权利要求1所述基于逐次逼近法的河道断面自动插补方法， 其特征在于， 所述步 骤3中的以形定位计算模式是先优化插补断面形状， 再确定插补断面位置： 首先假定插补断 面等距分布， 然后按照目标函数对各插补断面的形状进 行优化计算， 得到断面底宽、 河底高 程和边坡系数， 最后对各插补断面的断面间距进 行寻优计算， 得到各插补断面最优的间距； 具体包括以下步骤： 步骤A1： 对参数进行初始化， 确定各参数的取值范围和各参数的个数ki， i＝1,2,…,6； 步骤A2： 确定河道糙 率取值； 步骤A3： 确定插补断面个数k1， 等间距布置插补断面， 并对各插补断面按照从下游到上 游的顺序进行编号； 步骤A4： 令断面形状寻优 迭代次数L ＝1， 插补断面j＝1； 步骤A5： 将插补断面j的 个形状参数组合方案代入模型， 结合河道断面自动插补优 化模型进行并行寻优计算， 再转到步骤A6； 步骤A6： 固定已优化的插补断面形状参数， 再转到步骤A7； 步骤A7： 判断插补断面j的寻优编号是否等于插补断面个数k1， 若否， 令j＝j+1， 再转到 步骤A5； 若是， 则得到各插补断面形状优化结果和本次形状迭代目标函数值FL， 再转到步骤 A8； 步骤A8： 判 断断面形状寻优迭代次数L是否大于1， 若否， 令L＝L+1， 再转到步骤A5； 若 是， 则转到步骤A 9； 步骤A9： 判断FL和上次形状迭代目标函数值FL‑1两次迭代结果是否满足收敛条件， 若否， 令L＝L+1， 再转到步骤A5； 若 是， 则得到 当前河道 糙率和插补断面个数下的各插补断面形状 的最优方案； 步骤A10： 令断面 位置寻优 迭代次数M＝1， 插补断面j＝1； 步骤A11： 固定各插补断面形状， 对插补断面j的k2个位置参数方案代入模型， 结合河道 断面自动插补优化模型进行并行寻优计算； 再转到步骤A12； 步骤A12： 固定已优化的插补断面 位置参数； 再转到步骤A13； 步骤A13： 判断插补断面j是否等于k2， 若否， 令j＝j+1， 再转到步骤A11； 若是， 则得到各 插补断面 位置优化结果和本次位置迭代目标函数值FM， 再转到步骤A14； 步骤A14： 判断断面位置寻优迭代次数M是否大于1， 若否， 令M＝M+1， 再转到步骤A11； 若 是， 则转到步骤A15； 步骤A15： 判断FM和上次位置迭代目标函数值FM‑1两次迭代结果是否满足收敛条件， 若权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114757036 A 3