一种北方水库春季径流水源分析方法技术

本发明专利技术公开一种北方水库春季径流水源分析方法。所述方法包括：通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律确定径流水源，将日尺度径流分割成地表径流和地下径流并计算基流比，根据基流比曲线确定历年各径流水源的起止日期，绘制各径流水源起止日期的箱形图，并基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律。本发明专利技术可以为构建可靠适宜的春季径流预报模型提供基础，也可直接用于粗略预测来年春季各径流水源的起止日期。

A Method of Water Source Analysis for Spring Runoff of Northern Reservoirs

【技术实现步骤摘要】
一种北方水库春季径流水源分析方法
本专利技术涉及水文分析预报
，具体涉及一种北方水库春季径流水源分析方法。
技术介绍
中国北方(如东北地区)春季融雪径流是春汛主要径流来源，也是除夏汛以外的第二个集中来水期。此时恰逢农耕播种时节，灌溉用水需求较大；同时，该时段也是航运用水时期。在合理推测春汛融雪径流来水日期前提下，科学合理地制定水库调度方案，既可以保证农业供水需求、航运用水需求，又能为后期防汛预留库容，实现水资源高效开发利用。北方春汛水源组成复杂导致各水源出现起止日期及产流阶段历时划分比较困难。流域春汛径流的来源较多，有前期底水、前期累积降雪、春汛期间降雨，同时还要考虑冻土冻融和气温高、低等因素影响。由于受春汛来水水源组成复杂性的影响，使各年的春汛径流组成不尽相同。有些年份前期底水、前期累积降雪都接近正常年份，但是由于春季气温低，水库开库较晚，开库以后又无大的降水过程，则这些年份春汛径流是以融冰融雪为主；另有一些年份，虽然前期条件相同，但春季气温转暖早，气温比历年高，开河早，而后又有较明显的降雨过程，则春汛径流一部分是融冰融雪径流，另一部分是降雨径流。因此，如何根据春汛来水，通过有效的水源划分、水源起止日期及产流阶段历时划分，可以为春汛来水预报提供非常有价值的参考。北方融雪影响因素众多，难以识别融雪径流开始日期。春汛来水的水源组成多元，影响因素众多，且各因素的作用过程复杂，这都给春汛来水的准确预报带来了挑战。就目前研究成果来看，具有显著影响的因素主要有太阳辐射、日照指数、气温和风速等。这些因素中，作用过程复杂、作用效果产生的时滞效应各异，而且各因素相互关联，呈现复杂的耦合效应特征。综上所述，北方水源划分困难，融雪和冻土影响因素众多，且作用机理复杂。同时，融雪和冻土产流具有较强的区域性特征。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种北方水库春季径流水源分析方法，能够合理确定北方水库春季径流水源的起止日期及产流阶段历时，为构建可靠适宜的春季径流预报模型提供基础。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种北方水库春季径流水源分析方法，包括以下步骤：步骤1，通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律，将春季径流过程划分为融雪产流阶段、冻土条件融雪降雨产流阶段和冻土条件降雨产流阶段，从而确定径流水源包括融雪径流、融雪降雨径流和降雨径流；步骤2，将春季水库日尺度径流分割成地表径流和地下径流，将地表径流视为融雪径流，通过求地下径流与日尺度径流的比得到基流比，绘制历年(过去数年的每一年，以下同)的日尺度基流比曲线，以所述曲线显著谷点为临界时间节点，确定历年各径流水源的起止日期，记为D1；步骤3，以D1为样本，采用箱形图法对历年的各径流水源起止日期和三个阶段的历时进行频率计算，基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律确定径流水源，将日尺度径流分割成地表径流和地下径流并计算基流比，根据基流比曲线确定历年各径流水源的起止日期，绘制各径流水源起止日期的箱形图，并基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律，可以为构建可靠适宜的春季径流预报模型提供基础，也可直接用于粗略预测来年春季各径流水源的起止日期。附图说明图1为北方某水库2017年春季水库日尺度径流曲线；图2为北方某水库2017年春季水库日尺度径流曲线和基流比曲线；图3为北方某地区2017年春季日尺度地下水埋深曲线；图4为融雪产流开始日期箱形图；图5为冻土条件融雪降雨产流开始日期箱形图；图6为融雪产流结束日期箱形图；图7为冻土消融日期箱形图；图8为融雪产流阶段历时箱形图；图9为冻土条件融雪降雨产流阶段历时箱形图；图10为冻土条件降雨产流阶段历时箱形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例一种北方水库春季径流水源分析方法，包括以下步骤：S101、通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律，将春季径流过程划分为融雪产流阶段、冻土条件融雪降雨产流阶段和冻土条件降雨产流阶段，从而确定径流水源包括融雪径流、融雪降雨径流和降雨径流；S102、将春季水库日尺度径流分割成地表径流和地下径流，将地表径流视为融雪径流，通过求地下径流与日尺度径流的比得到基流比，绘制历年的日尺度基流比曲线，以所述曲线显著谷点为临界时间节点，确定历年各径流水源的起止日期，记为D1；S103、以D1为样本，采用箱形图法对历年的各径流水源起止日期和三个阶段的历时进行频率计算，基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律。在本实施例中，步骤S101主要用于根据往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律确定径流水源。日尺度径流是指日流量(m3/s)。对于水库，日尺度径流由日落前水深观测值推求；对于一般水文站，可以直接检测每日8:00流量或水位获得。以日期为横轴、日流量为纵轴，将日尺度径流数据绘制成曲线，某水库2017年春季水库日尺度径流曲线如图1所示。通过分析往年的径流曲线发现，春汛期间(3月-5月)的径流均存在3个阶段(如图1所示)：第一阶段约31天，其特点是涨缓落陡，为融雪产流过程；第二阶段约20天，其特点是涨陡落缓，为冻土条件融雪降雨产流过程；第三阶段约18天，其特点是急涨缓落，为冻土条件降雨产流过程。据此，可以将径流水源归纳为融雪径流、融雪降雨径流和降雨径流。在本实施例中，步骤S102主要用于根据日尺度基流比曲线确定历年各径流水源的起止日期。首先将春季水库日尺度径流分割成地表径流和地下径流；然后基于融雪径流产汇流理论，将地表径流视为融雪径流，计算地下径流与分割前径流的比值，得到基流比。(1-基流比)等于融雪径流与分割前径流的比值，即融雪水比，能够表示融雪径流所呈现的地表径流占总径流比例。因此，根据基流比(或融雪水比)曲线可以确定各径流水源的起止日期。本实施例基于Eckhardt数字滤波法进行基流分割，其原理是根据日尺度径流中地表径流和地下径流汇流特征，即地表径流(由融雪径流或冻土条件下融雪、降雨径流)陡涨陡落，可以视为高频脉冲；相反，地下径流(由流域蓄水或潜水补给)涨落缓慢，可以视为低频脉冲。采用Eckhardt数字滤波法可以有效过滤高频波，以达到高频和低频分离，完成地表径流和地下径流分割。而地表径流汇流时间N是Eckhardt数字滤波法关键参数，本实施例采用滑动最小值法来优化参数N，以保证计算结果的合理性。日尺度基流比曲线如图2所示。图2中同时还画出了分割前的径流曲线，将两个曲线画在同一图中便于对比，而且可以获得更多的信息。由于各径流水源在开始或结束时流量都趋于最低，因此可以将曲线的显著谷点作为临界时间节点，根据图2可以得到：融雪产流开始日期：因为首次融雪地表径流占优势，地下径流占比最低，所以第一谷值为融雪产流开始日期(3月17日)；冻土条件融雪降雨产流开始日期：由于冻土存在裂隙，融雪水下渗导致融雪地表径流呈现势弱，地下径流呈现势强，因此，第一峰值为冻土条件融雪降雨产流开始日期(4月17日)；融雪产流结束日期：由于积雪逐渐消失，导致融雪径流逐渐消失，地下径流再次势优，因此，第二峰值为融雪产流结束日期(5月6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种北方水库春季径流水源分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律，将春季径流过程划分为融雪产流阶段、冻土条件融雪降雨产流阶段和冻土条件降雨产流阶段，从而确定径流水源包括融雪径流、融雪降雨径流和降雨径流；步骤2，将春季水库日尺度径流分割成地表径流和地下径流，将地表径流视为融雪径流，通过求地下径流与日尺度径流的比得到基流比，绘制历年的日尺度基流比曲线，以所述曲线显著谷点为临界时间节点，确定历年各径流水源的起止日期，记为D1；步骤3，以D1为样本，采用箱形图法对历年的各径流水源起止日期和三个阶段的历时进行频率计算，基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律。

【技术特征摘要】
1.一种北方水库春季径流水源分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过分析往年春季水库日尺度径流曲线的变化规律，将春季径流过程划分为融雪产流阶段、冻土条件融雪降雨产流阶段和冻土条件降雨产流阶段，从而确定径流水源包括融雪径流、融雪降雨径流和降雨径流；步骤2，将春季水库日尺度径流分割成地表径流和地下径流，将地表径流视为融雪径流，通过求地下径流与日尺度径流的比得到基流比，绘制历年的日尺度基流比曲线，以所述曲线显著谷点为临界时间节点，确定历年各径流水源的起止日期，记为D1；步骤3，以D1为样本，采用箱形图法对历年的各径流水源起止日期和三个阶段的历时进行频率计算，基于由箱形图得到的统计特征值描述水库春季径流水源起止日期的规律。2.根据权利要求1所述的北方水库春季径流水源分析方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，李鸿雁，韩臣，王力，田琳，彭勇，郑志，王艳波，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网新源水电有限公司，松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂，吉林大学，
类型：发明
国别省市：北京,11