一种湖泊分级分期旱限水位确定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种湖泊分级分期旱限水位确定方法及系统，包括：基于湖泊生态水位分析法确定不同来水频率下每个月的湖泊生态水位；基于预测经济社会发展指标和预测用水定额计算不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量；基于入湖口长期流量数据或出湖口长期流量数据确定不同来水频率下每个月湖泊入湖流量；基于湖泊蒸发站点的测量数据或太阳辐射强度数据和气象数据确定不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量；基于不同来水频率下每个月的湖泊生态水位、湖泊外用水需求量、湖泊入湖流量以及湖面蒸散发量确定不同来水频率下每个月的旱限水位；采用Fisher最优分割法进行分期，进而确定不同来水频率下每一分期的旱限水位。本发明专利技术可以分级分期确定湖泊旱限水位。明可以分级分期确定湖泊旱限水位。明可以分级分期确定湖泊旱限水位。

【技术实现步骤摘要】
一种湖泊分级分期旱限水位确定方法及系统


[0001]本专利技术属于水资源管理抗旱领域，更具体地，涉及一种湖泊分级分期旱限水位确定方法及系统。

技术介绍

[0002]在抗旱领域，我国至今尚未建立起可以用于抗旱应急管理工作的水位(流量)等干旱特征指标，水文报旱、旱情预警、抗旱会商、应急响应、水量调度等抗旱应急管理工作往往缺乏科学依据，存在抗旱减灾指挥决策时机把握不准或应急响应过度的现象，一定程度上影响了抗旱工作科学有序地开展。在2011年水利部制定的《旱限水位(流量)确定办法》中，首次提出了旱限水位的概念，但没有具体针对湖泊制定旱限水位确定方法，且参照江河和水库旱限水位确定方法，全年采用唯一的旱限水位作为干旱预警指标，缺少分级、分期标准，存在一定的局限性，欠缺可操作性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种湖泊分级分期旱限水位确定方法及系统，旨在解决现有江河和水库旱限水位确定方法，全年采用唯一的旱限水位作为干旱预警指标，缺少分级、分期标准，存在一定的局限性，欠缺可操作性的问题。
[0004]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种湖泊分级分期旱限水位确定方法，包括如下步骤：
[0005]基于四种湖泊生态水位分析法确定不同来水频率下每个月的湖泊生态水位；所述四种湖泊生态水位分析法包括：水文频率分析法、湖泊形态分析法、生物空间法以及最枯月平均水位法；
[0006]基于预测的经济社会发展指标和预测的用水定额计算不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量；
[0007]基于入湖口的长期流量观测数据或出湖口的长期流量观测数据确定不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量；
[0008]基于湖泊蒸发站点的测量数据或太阳辐射强度数据和气象数据确定不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量；
[0009]基于不同来水频率下每个月的湖泊生态水位、不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量、不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量以及不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量确定不同来水频率下每个月的湖泊旱限水位；
[0010]结合流域多年平均月降水量、湖泊多年平均月入流量、湖泊多年平均月水位以及湖泊多年平均月需水量，采用Fisher最优分割法将一个水文年中的月份进行分期，每一分期包括至少一个月，基于不同来水频率下每一分期包括的每个月的湖泊旱限水位确定不同来水频率下每一分期的湖泊旱限水位。
[0011]可以理解的是，湖泊分级旱限水位指的是不同来水频率下的旱限水位。每种来水
频率为一级。
[0012]在一个可选的实施例中，所述基于四种湖泊生态水位分析法确定不同来水频率下每个月的湖泊生态水位，具体为：
[0013]H
emin
＝max(H
min1
，H
min2
，H
min3
，H
min4
)
[0014]式中，H
emin
为来水频率P下的湖泊生态水位；H
min1
为来水频率P下水文频率分析法计算的最低生态水位；H
min2
为来水频率P下湖泊形态分析法计算的最低生态水位；H
min3
为来水频率P下生物空间法计算的最低生态水位，H
min4
为来水频率P下最枯月平均水位法计算的最低生态水位；P＝75％或P＝95％。
[0015]在一个可选的实施例中，所述基于预测的经济社会发展指标和预测的用水定额计算不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量，具体为：
[0016]W
ul,i
＝0.365
×
P
ul,i
×
m
ul,i
[0017]W
rl,i
＝0.365
×
P
rl,i
×
m
rl,i
[0018]W
al,i
＝0.365
×
P
al,i
×
m
al,i
[0019]W
as,i
＝0.365
×
P
as,i
×
m
as,i
[0020]W
F,i
＝G
i
×
m
F,i
×
(1-c
i
)
[0021][0022][0023][0024]W
FP,i
＝A
FP,i
×
m
FP,i
[0025]式中，W
ul,i
、W
rl,i
、W
al,i
、W
as,i
、W
F,i
、W
LI,i
、W
FI,i
、W
GI,i
和W
FP,i
依次表示规划水平年的城镇生活、农村生活、大牲畜、小牲畜、工业增加值、农田灌溉、林果地灌溉、草地灌溉以及鱼塘养殖的需水量；P
ul,i
、P
rl,i
、P
al,i
、P
as,i
、G
i
、A
LI,i
、A
FI,i
、A
GI,i
、A
FP,i
分别表示规划水平年的城镇人口、农村人口、大牲畜头数、小牲畜头数、工业增加值、农田灌溉面积、林果地灌溉面积、草地灌溉面积、鱼塘面积；m
ul,i
、m
rl,i
、m
al,i
、m
as,i
、m
F,i
、m
LI,i
、m
FI,i
、m
GI,i
、m
FP,i
分别表示规划水平年的城镇生活、农村生活、大牲畜、小牲畜、工业增加值、农田灌溉、林果地灌溉、草地灌溉、鱼塘养殖对应的用水定额；c
i
表示工业用水重复利用率；η
i
表示灌溉水有效利用系数；i表示年份。
[0026]在一个可选的实施例中，所述基于入湖口的长期流量观测数据或出湖口的长期流量观测数据确定不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量；具体为：
[0027]对于在入湖口设有水文站并拥有长期流量观测数据的湖泊，将离湖泊近的控制性水文站的实测数据作为该湖泊的入湖流量；或
[0028]对于在出湖口设有水文站并拥有长期流量观测数据的湖泊，根据该湖泊的水位实测资料和湖泊水位-容积曲线，通过水量平衡原理推求入湖流量：I
入-I
出
＝ΔW
蓄
＝V(Z2)-V(Z1)；式中，I
入
为该时段湖泊的入湖水量，I
出
为该时段湖泊的出湖水量，ΔW
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，包括如下步骤：基于四种湖泊生态水位分析法确定不同来水频率下每个月的湖泊生态水位；所述四种湖泊生态水位分析法包括：水文频率分析法、湖泊形态分析法、生物空间法以及最枯月平均水位法；基于预测的经济社会发展指标和预测的用水定额计算不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量；基于入湖口的长期流量观测数据或出湖口的长期流量观测数据确定不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量；基于湖泊蒸发站点的测量数据或太阳辐射强度数据和气象数据确定不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量；基于不同来水频率下每个月的湖泊生态水位、不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量、不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量以及不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量确定不同来水频率下每个月的湖泊旱限水位；结合流域多年平均月降水量、湖泊多年平均月入流量、湖泊多年平均月水位以及湖泊多年平均月需水量，采用Fisher最优分割法将一个水文年中的月份进行分期，每一分期包括至少一个月，基于不同来水频率下每一分期包括的每个月的湖泊旱限水位确定不同来水频率下每一分期的湖泊旱限水位。2.根据权利要求1所述的湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，所述基于四种湖泊生态水位分析法确定不同来水频率下每个月的湖泊生态水位，具体为：H
emin
＝max(H
min1
，H
min2
，H
min3
，H
min4
)式中，H
emin
为来水频率P下的湖泊生态水位；H
min1
为来水频率P下水文频率分析法计算的最低生态水位；H
min2
为来水频率P下湖泊形态分析法计算的最低生态水位；H
min3
为来水频率P下生物空间法计算的最低生态水位，H
min4
为来水频率P下最枯月平均水位法计算的最低生态水位；P＝75％或P＝95％。3.根据权利要求1所述的湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，所述基于预测的经济社会发展指标和预测的用水定额计算不同来水频率下每个月的湖泊外用水需求量，具体为：W
ul,i
＝0.365
×
P
ul,i
×
m
ul,i
W
rl,i
＝0.365
×
P
rl,i
×
m
rl,i
W
al,i
＝0.365
×
P
al,i
×
m
al,i
W
as,i
＝0.365
×
P
as,i
×
m
as,i
W
F,i
＝G
i
×
m
F,i
×
(1-c
i
)))
W
FP,i
＝A
FP,i
×
m
FP,i
式中，W
ul,i
、W
rl,i
、W
al,i
、W
as,i
、W
F,i
、W
LI,i
、W
FI,i
、W
GI,i
和W
FP,i
依次表示规划水平年的城镇生活、农村生活、大牲畜、小牲畜、工业增加值、农田灌溉、林果地灌溉、草地灌溉以及鱼塘养殖的需水量；P
ul,i
、P
rl,i
、P
al,i
、P
as,i
、G
i
、A
LI,i
、A
FI,i
、A
GI,i
、A
FP,i
分别表示规划水平年的城镇人口、农村人口、大牲畜头数、小牲畜头数、工业增加值、农田灌溉面积、林果地灌溉面积、草地灌溉面积、鱼塘面积；m
ul,i
、m
rl,i
、m
al,i
、m
as,i
、m
F,i
、m
LI,i
、m
FI,i
、m
GI,i
、m
FP,i
分别表示规划水平年的城镇生活、农村生活、大牲畜、小牲畜、工业增加值、农田灌溉、林果地灌溉、草地灌溉、鱼塘养殖对应的用水定额；c
i
表示工业用水重复利用率；η
i
表示灌溉水有效利用系数；i表示年份。4.根据权利要求1所述的湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，所述基于入湖口的长期流量观测数据或出湖口的长期流量观测数据确定不同来水频率下每个月的湖泊入湖流量；具体为：对于在入湖口设有水文站并拥有长期流量观测数据的湖泊，将离湖泊近的控制性水文站的实测数据作为该湖泊的入湖流量；或对于在出湖口设有水文站并拥有长期流量观测数据的湖泊，根据该湖泊的水位实测资料和湖泊水位-容积曲线，通过水量平衡原理推求入湖流量：I
入-I
出
＝ΔW
蓄
＝V(Z2)-V(Z1)；式中，I
入
为该时段湖泊的入湖水量，I
出
为该时段湖泊的出湖水量，ΔW
蓄
为该时段湖泊的蓄水量变化，V()为湖泊水位-容积转换函数，用于将水位转换为容积，Z2、Z1分别为湖泊时段末和时段初的水位；根据I
入-I
出
推求时段内湖泊的入湖水量，再转换得到湖泊的入湖流量；或在湖泊入湖流量实测资料不完整的情况，通过水文模型模拟湖泊的入流进行插补延长，以获得完整的长序列入湖流量资料，并基于完整的长序列入湖流量资料确定入湖流量。5.根据权利要求1所述的湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，所述基于湖泊蒸发站点的测量数据或太阳辐射强度数据和气象数据确定不同来水频率下每个月的湖面蒸散发量；具体为：对于所在流域设有蒸发观测站点的湖泊，将离湖泊近的蒸发站点的实测数据作为该湖泊的湖面蒸散发量；或基于卫星遥感数据获取太阳辐照度，通过气象数据获取日平均空气温度、露点温度以及风速数据，使用Liacre公式计算湖面蒸散发量E：E＝(0.015+0.00042Ta+10-6
h)*(0.8Q
s-40+2.5
×
U2F(Ta-Td))式中，Ta表示日平均温度，Td表示露点温度，Qs表示太阳辐照度，U2表示2m风速，h表示高程，F是与湖泊高度相关的系数。6.根据权利要求1至5任一项所述的湖泊分级分期旱限水位确定方法，其特征在于，所述确定不同来水频率下每个月的湖泊旱限水位，具体为：对于有供水功能的有源湖泊，在最低生态水位的基础上叠加湖泊外用水，并考虑入湖径流及湖泊蒸发进行计算，旱限水位计算如下式：当(V
需水-V
径流
+V
蒸发
)>0时，Z＝Z(V(H
emin
)+V
需水-V
径流
+V
蒸发
)；当(V
需水-V
径流
+V
蒸发
)≤0时，Z＝H
emin
；式中，Z为来水频率P下的旱限水位；V(H
emin
)为来水频率P下计算的湖泊生态水位转换后的容积；V
需水
为来水频率P下规划水平年湖泊外用水需求；V
径流
为来水频率P下的入湖流量；
V
蒸发
为来水频率P...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建中，武慧铃，刘志明，王权森，贾本军，娄思静，田梦琦，黄伟，黄雯，效文静，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：