基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其包括获取模型流域的水平比例尺；将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP‑L模型中；采用WEP‑L模型计算模型流域的理论出口流量；采用Nash‑Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令

Scale determination method of indoor hydrological experiment model based on Distributed Hydrological Model

The invention discloses a method for determining the scale of indoor hydrological experimental model based on distributed hydrological model, which includes acquiring the horizontal scale of model basin, transforming the outdoor research basin's export flow into the target export flow of model basin, and randomly selecting the vertical scale of a model basin, and transforming the research flow into the target export flow of model basin. Horizontal scale, vertical scale, hydrological and topographic parameters are introduced into WEP_L model; WEP_L model is used to calculate theoretical outlet flow of watershed; Nash_Sutcliffe efficiency, correlation coefficient and relative error are used to judge whether theoretical outlet flow is larger than target outlet flow; Yu, then order

【技术实现步骤摘要】
基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法
本专利技术涉及本专利技术涉及水利工程
，具体涉及基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法。
技术介绍
区域水文过程试验是当前水文试验研究的主要发展方向之一。然而由于区域水文过程涉及的空间较大，观测要素较多，造成利用实际流域开展观测试验的人力、物力和时间成本等均非常高。比如按照规范要求，修建水库、河道取水等，所需要的水文资料要不小于30年。因此，在保证科学性的前提下提升区域水文过程试验的效率是开展区域水文过程试验的关键问题之一。利用室内降雨实验，建立物理试验模型是有效提升试验效率，保证试验科学性的有效手段之一。然而，目前建立科学的水文物理模型的具体方法还不多见。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法能够通过选取的垂直比例尺计算的流量与目标出口流量对选取的垂直比例尺进行修正。从而形成一种科学的水文物理模型建立方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其包括：S1、获取研究流域的矢量信息，并将室内自定义坐标的矢量文件与研究流域的边界矢量文件进行匹配，得到模型流域的水平比例尺；S2、根据室内试验场地的流量限制，将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；S3、将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP-L模型中；S4、采用WEP-L模型计算模型流域的理论出口流量；S5、根据理论出口流量、目标出口流量和目标流量过程线的平均值，采用Nash-Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；若小于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；否则，输出水平比例尺和当前的垂直比例尺。进一步地，所述Nash-Sutcliffe效率的计算公式为：所述相关系数的计算公式为：所述相对误差的计算公式为：其中，Q′理为理论出口流量；Q′为目标出口流量；为目标流量过程线的平均值；Nash为Nash-Sutcliffe效率系数；r为相关系数；n为系列的样本数。进一步地，步骤S5的具体判断方法包括：采用Nash-Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标同时计算，当Nash-Sutcliffe效率和相关系数的计算结果中至一个不满足评价标准，则根据相对误差的偏大得出理论出口流量大于目标出口流量的结论，或根据相对误差的偏小得出理论出口流量小于目标出口流量的结论；当Nash-Sutcliffe效率和相关系数的计算结果均满足评价标准时，且相对误差的偏大或偏小在设定范围内，则认为理论出口流量等于目标出口流量。进一步地，所述目标出口流量的获取方法为：获取室内试验场地能承受的最大室内出口流量和研究流域的最大室外出口流量；将最大室外出口流量进行缩放，当缩放后的流量小于最大室内出口流量，且两者的差异小于设定值时，输出当前的缩放比例；采用缩放比例与研究流域的径流过程线，计算目标出口流量：Q′＝K3Q其中，K3为缩放比例；Q为研究流域的径流过程线。进一步地，所述地形参数包括高程和研究流域的面积；所述水文参数包括研究流域的出口断面面积、研究流域的湿周、研究流域的长和宽、研究流域的水力半径、研究流域自分水岭到出口断面主河道的平均比降、研究流域的断面出口流速及研究流域单位时间通过出口断面的流量。进一步地，所述研究流域的矢量信息包括研究流域形状矢量信息和雨量站位置的矢量信息；所述研究流域的矢量信息提取方法包括：获取研究流域的地形数据和雨量站位置；将所述地形数据与雨量站位置导入ArcGis中得到研究流域形状和雨量站位置的矢量信息。本专利技术的有益效果为：本方案首先确定水平比例尺，之后随机选取一个垂直比例尺，通过过水平比例尺和垂直比例尺对研究流域的水文参数和地形参数进行缩放后，采用WEP-L模型得到理论出口流量，之后采用Nash-Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标对理论出口流量和目标出口流量进行评价，若不满足条件按照本方案的规律进行调整，直至计算出的理论出口流量和满足三个评价指标时，得到相应的垂直比例尺。本方案在对垂直比例尺进行选取时，采用计算出的理论出口流量和目标出口流量满足三个评价指标时对应的垂直比例尺作为研究流域缩放时的比例尺，通过本方案输出的比例尺得到的模型流域可以有效反映实际流域的水文特性，从而保证模型流域试验取得的水文试验数据的科学性和有效性，有效提升区域水文试验的效率和效益。附图说明图1为基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法的流程图。图2为研究流域的示意图。图3为模型流域导入室内试验场地的示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。参考图1，图1示出了基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法的流程图，如图1所示，该方法S包括步骤S1至步骤S8。在步骤S1中，获取研究流域的矢量信息，并将室内自定义坐标的矢量文件与研究流域的边界矢量文件进行匹配，得到模型流域的水平比例尺；在实施时，本方案优选所述研究流域的矢量信息包括研究流域形状矢量信息和雨量站位置的矢量信息；所述研究流域的矢量信息提取方法包括：获取研究流域的地形数据和雨量站位置；将所述地形数据与雨量站位置导入ArcGis中得到研究流域形状和雨量站位置的矢量信息。图2示出的研究流域根据水平比例尺和垂直比例尺导入室内试验场地后可以得到如图3所示的示意图。其中，室内试验场地(区域降雨人工模拟系统)为：有效降雨面积26m×40m，共分为110个独立控制单元(其中共分为10个大区，每个大区又分为11个小区)；每个降雨单元雨强变化范围10-200mm/h；单元内均匀度大于0.8；雨强变化频率可以做到5分钟调整一次；通过输入降雨控制文件，可以实现人工降雨。在步骤S2中，根据室内试验场地的流量限制，将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺。实施时，本方案优选所述目标出口流量的获取方法为：获取室内试验场地能承受的最大室内出口流量和研究流域的最大室外出口流量；将最大室外出口流量进行缩放，当缩放后的流量小于最大室内出口流量，且两者的差异小于设定值时，输出当前的缩放比例；采用缩放比例与研究流域的径流过程线，计算目标出口流量：Q′＝K3Q其中，K3为缩放比例；Q为研究流域的径流过程线。在步骤S3中，将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP-L模型中。其中，地形参数包括高程和研究流域的面积；水文参数包括研究流域的出口断面面积、研究流域的湿周、研究流域的长和宽、研究流域的水力半径、研究流域自分水岭到出口断面主河道的平均比降、研究流域的断面出口流速及研究流域单位时间通过出口断面的流量。WEP-L模型主要有如下特点：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其特征在于，包括：S1、获取研究流域的矢量信息，并将室内自定义坐标的矢量文件与研究流域的边界矢量文件进行匹配，得到模型流域的水平比例尺；S2、根据室内试验场地的流量限制，将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；S3、将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP‑L模型中；S4、采用WEP‑L模型计算模型流域的理论出口流量；S5、根据理论出口流量、目标出口流量和目标流量过程线的平均值，采用Nash‑Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令

【技术特征摘要】
1.基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其特征在于，包括：S1、获取研究流域的矢量信息，并将室内自定义坐标的矢量文件与研究流域的边界矢量文件进行匹配，得到模型流域的水平比例尺；S2、根据室内试验场地的流量限制，将室外研究流域的出口流量转化为模型流域的目标出口流量，并随机选取一个模型流域的垂直比例尺；S3、将研究流域的水平比例尺、垂直比例尺下、水文参数和地形参数导入WEP-L模型中；S4、采用WEP-L模型计算模型流域的理论出口流量；S5、根据理论出口流量、目标出口流量和目标流量过程线的平均值，采用Nash-Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标判断理论出口流量是否大于目标出口流量；若大于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；若小于，则令并返回步骤S3，K2为垂直比例尺；否则，输出水平比例尺和当前的垂直比例尺。2.根据权利要求1所述的基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其特征在于，所述Nash-Sutcliffe效率的计算公式为：所述相关系数的计算公式为：所述相对误差的计算公式为：其中，Q′理为理论出口流量；Q′为目标出口流量；为目标流量过程线的平均值；Nash为Nash-Sutcliffe效率系数；r为相关系数；n为系列的样本数。3.根据权利要求2所述的基于分布式水文模型的室内水文实验模型比例尺确定方法，其特征在于，步骤S5的具体判断方法包括：采用Nash-Sutcliffe效率、相关系数和相对误差三个评价指标同时计算，当Nash-Sutcliffe效率和相关系数的计算结果中至...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，杨苗，王浩，赵勇，王英，彭玕，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11