一种超渗-蓄满混合产流模式的水文预报方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超渗

【技术实现步骤摘要】
一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法及系统


[0001]本专利技术属于水文学中的水文预报领域，更具体地，涉及一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法及系统。

技术介绍

[0002]水文预报就是据已知的信息对未来一定时期内的水文状态作出定性或定量的预测，其中，产流模式的研究是水文预报的核心方向。目前多数水文模型采用单一的蓄满产流模式或超渗产流模式的产流结构，精度有限且具有较大的不确定性。混合产流作为新兴的产流模式有望解决产流结构单一的问题。
[0003]当前，常见的混合产流模式共有三种，分别为：垂向混合产流模式、兼容产流模式和VIC
‑
3L混合产流模式。相比于单一产流模式，现有的混合产流预报精度虽有所提高，但是模型复杂、计算量大、不确定性强的缺陷仍然没有得到解决。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法及系统，起目的在于解决现有的混合产流预报模型复杂、计算量大、不确定性强的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法，包括如下步骤：
[0006](1)根据对应场次洪水的前期降雨资料和降雨过程资料，计算流域面雨量以及洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；
[0007](2)基于流域最大下渗能力、流域稳定下渗能力、流域最大蓄水量、洪水起涨时刻以及所述初始阶段的土壤含水量，确定洪水过程发生后各时刻流域下渗能力；所述洪水起涨时刻由实测水位
‑
流量关系曲线确定；
[0008](3)基于所述各时刻流域下渗能力以及所述流域面雨量，计算流域净雨过程；
[0009](4)将所述净雨过程代入汇流单位线，得到洪水过程。
[0010]进一步地，所述步骤(1)中对应场次洪水的前期降雨资料和降雨过程资料包括：雨量站逐小时降雨数据、蒸发数据、各站点经纬度数据和前期M天日降雨量数据；
[0011]所述计算流域面雨量包括：根据泰森多边形法划分站点权重比，将各站点相应雨量数据进行权重相加，得到流域面雨量。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中洪水过程发生初始阶段的土壤含水量计算公式如下：
[0013][0014]式中，W
j_0
为j日洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；P
j
为j日的日降雨量；P
a,j
‑1为j
‑
1日前期影响雨量；n为影响本次径流的前期降雨天数；k为土壤消退系数；当P
a,j
＞W
m
时，P
a,j
＝W
m
，其中，W
m
为流域最大蓄水量。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中，洪水过程发生后各时刻流域下渗能力计算公式如下：
[0016][0017]式中，f
t
为t时刻流域下渗能力，满足f
t
≥f
c
；f
m
为流域最大下渗能力；f
c
为流域稳定下渗能力；W
m
为流域最大蓄水量；W
t
为t时刻流域土壤含水量，且t＝0时，W0＝W
j_0
；T
t
为该场洪水起涨时段数，初始值默认为1，之后每历经一个时段加1，直至洪水消退；a为常系数。
[0018]进一步地，所述步骤(2)中，当流域水库水位或流量连续m小时持续上涨，且上涨幅度达到阈值，则判断洪水开始起涨。
[0019]进一步地，在所述步骤(4)之后，还包括：将洪峰目标、峰现时间目标、确定性目标作为评价指标，对流域最大下渗能力f
m
、流域稳定下渗能力f
c
、W
m
为流域最大蓄水量、常系数a进行优化，以使所述步骤(4)得到的洪水过程与实际洪水过程的差异在允许范围内；其中，
[0020]所述洪峰目标Obj1表示为：
[0021][0022]所述峰现时间目标Obj2表示为：
[0023][0024]所述确定性目标Obj3表示为：
[0025][0026]式中，Q
obs,i
为流量实测值；Q
sim,i
为流量预测值；T
obs,i
为峰现实测值；T
sim,,i
为峰现预测值；为实测流量均值；Q'
obs,i
为实测场次洪水洪峰值；Q
s
'
im,i
为场次洪水预测值；N为场次洪水数。
[0027]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报系统，包括：
[0028]第一计算模块，用于根据对应场次洪水的前期降雨资料和降雨过程资料，计算流域面雨量以及洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；
[0029]第二计算模块，用于基于流域最大下渗能力、流域稳定下渗能力、流域最大蓄水量、洪水起涨时刻以及所述初始阶段的土壤含水量，确定洪水过程发生后各时刻流域下渗能力；所述洪水起涨时刻由实测水位
‑
流量关系曲线确定；
[0030]第三计算模块，用于基于所述各时刻流域下渗能力以及所述流域面雨量，计算流域净雨过程；
[0031]洪水过程获取模块，用于将所述净雨过程代入汇流单位线，得到洪水过程。
[0032]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0033]本专利技术首先基于前期降雨情势推求洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；然后根据流域最大下渗能力、流域稳定下渗能力、流域最大蓄水量、洪水起涨时刻以及初始阶段的土壤含水量，确定洪水过程发生后各时刻流域下渗能力；结合流域面雨量，计算流域净雨，
最终得到洪水过程。如此，优化了现有混合产流模型复杂、计算量大的问题，探究了下渗机理，改进了产流模式方法，提高了洪水的预报精度，具有适用范围广、拟合精度高的优点。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施例提供的一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法的流程图；
[0035]图2是本专利技术研究区域的泰森多边形分区图；
[0036]图3是本专利技术具体实施案例所选洪水过程及其降雨过程图；
[0037]图4是为实测降雨与计算净雨比较图；
[0038]图5是为混合超渗—蓄满产流模型下渗能力曲线图；
[0039]图6是各产流模式模拟洪水与实测洪水对比图。
具体实施方式
[0040]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超渗
‑
蓄满混合产流模式的水文预报方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据对应场次洪水的前期降雨资料和降雨过程资料，计算流域面雨量以及洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；(2)基于流域最大下渗能力、流域稳定下渗能力、流域最大蓄水量、洪水起涨时刻以及所述初始阶段的土壤含水量，确定洪水过程发生后各时刻流域下渗能力；所述洪水起涨时刻由实测水位
‑
流量关系曲线确定；(3)基于所述各时刻流域下渗能力以及所述流域面雨量，计算流域净雨过程；(4)将所述净雨过程代入汇流单位线，得到洪水过程。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中对应场次洪水的前期降雨资料和降雨过程资料包括：雨量站逐小时降雨数据、蒸发数据、各站点经纬度数据和前期M天日降雨量数据；所述计算流域面雨量包括：根据泰森多边形法划分站点权重比，将各站点相应雨量数据进行权重相加，得到流域面雨量。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中洪水过程发生初始阶段的土壤含水量计算公式如下：式中，W
j_0
为j日洪水过程发生初始阶段的土壤含水量；P
j
为j日的日降雨量；P
a,j
‑1为j
‑
1日前期影响雨量；n为影响本次径流的前期降雨天数；k为土壤消退系数；当P
a,j
＞W
m
时，P
a,j
＝W
m
，其中，W
m
为流域最大蓄水量。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，洪水过程发生后各时刻流域下渗能力计算公式如下：式中，f
t
为t时刻流域下渗能力，满足f
t
≥f
c
；f
m
为流域最大下渗能力；fc为流域稳定下渗能力；W
m
为流域最大蓄水量；W
t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：江平，陈璐，高玉丹，张寒松，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：