一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法技术

本发明专利技术公开了一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，根据雨强及其影响因素间的逻辑关系，识别出具体的调节对象，提出有针对性的调节方案，形成一套系统的逐步寻优的降雨强度参数快速率定方法。该方法能在降雨强度调节的不确定中找到确定的调节对象，实现雨强及其空间分布的快速率定，有助于提升与降水有关实验中雨强模拟的准确性和均匀性，减少实验周期，提升实验数据的可靠性，提高实验效率。提高实验效率。提高实验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法


[0001]本专利技术涉及降水效果的评估及优化方法，具体涉及一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法。

技术介绍

[0002]在气候变化背景下，极端气象事件频发，由极端降水引起的一系列问题如城市内涝、水土流失等，成为当前研究的热点。然而，由于自然降水在时间和空间上的不确定性，导致在自然降水条件下开展实验并获取有效实验数据是非常困难的。因此，不受时间和空间限制、能够人为调控的人工模拟降雨成为研究降水特征及其相关问题的有效手段。
[0003]降雨强度是天然降雨的重要特征之一，随着极端降水事件的频发，降雨强度的变化也具有极大的不确定性，降雨强度越大，其致灾的可能性就越大，过大时甚至影响人类的财产安全和生命安全。因此，降雨强度是当今水文、农业、水土保持等相关学科的重点研究内容，也是当前人工模拟降雨的重点对象。据调查，我国当前对降雨强度的模拟更多的依赖于降水模拟装置。有些降水模拟装置没有自动率定功能，在对雨强进行率定的过程中需要投入大量的人力、时间和水电等资源。而对于有自动率定功能的降水模拟装置，通常根据雨强阈值的大小来查询系统内部设定的雨强与压力关系表来调节雨强，但由于环境变化、系统误差等因素，导致在实际实验过程中通过这样的调节方式得到的实测雨强与雨强阈值不相符。而且，在一些设计中，雨强与压力关系表限制了雨强的取值精度，当目标雨强的精度高于关系表中的雨强时，往往不能通过自动率定来实现，还是需要复杂的人工率定过程来实现。除雨强大小难以率定出理想的效果外，雨强的分布是否均匀对于实验的结果也有很大的影响。特别是在设置有对照组的模拟实验中，只有实验组与对照组的降雨条件一致，才能获得可靠有效的数据。同时，在实际操作中，人工调节降雨强度使其达到设定目标值和均匀程度，也是一件很困难的事，调节某一点上的雨强，可能会导致其他点处的雨强也随之变化，亦或是调节幅度过大或过小，都会使调节的过程变得更加艰难而漫长。因此，降雨强度大小及其分布是否均匀都是降雨强度模拟实验中亟需解决的重点和难点问题。
[0004]目前，针对以上的问题也有一些相应的对策，如在进行雨强率定时，采用水槽来承接降雨总量，然后在降雨结束后再计算降雨强度，这种方法计算得到的雨强是某一较长历时下的雨强，忽略了雨强瞬时性的特点，且在实验区域较大时，水槽的尺寸难以满足。在进行雨强均匀程度的判断时，目前常用的方法有两种，一种方式是根据获得各测点的雨强，然后将相等的值连接起来，绘制成雨强等值线图，另一种方式是以均匀系数作为判断依据，公式如下所示:
[0005][0006]式中：K为降雨均匀系数，H
i
为每个测点的降雨量，为平均雨量，n为测点个数。此方法依据各测点数据偏离目标值的程度来评价数据分布的均匀度，是目前最常用的方法之一。但这种方法需要先求出各测点与平均值之间的差值，才能对降雨分布的均匀程度进行
计算，且也只能对降雨分布的均匀程度做出判断，不能提供进一步的调节方案。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法。
[0008]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：
[0009]一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，包括如下步骤：
[0010]S1、建立试验区域下垫面的平面直角坐标系，并设定其中每个坐标点的雨强阈值和离散限度阈值；
[0011]S2、收集每个坐标点的雨强数据，根据收集到的雨强数据求取雨强平均值；
[0012]S3、判断求取的雨强平均值与雨强阈值是否相等，若是，则进入步骤S4，若不是，则根据雨强与进水流量的关系调整进水流量并返回步骤S2重新计算雨强平均值；
[0013]S4、根据步骤S3得到的雨强平均值计算雨强数据的离散系数；
[0014]S5、判断离散系数是否大于离散限度阈值，若是，则进行雨强空间分布的率定；若不是，则输出最优雨强参数。
[0015]上述方案的有益效果是，通过统计参数，逐步判断雨强及分布是否满足需求。
[0016]进一步的，所述步骤S1中建立试验区域下垫面的平面直角坐标系的方法为：
[0017]S11、以试验区域下垫面左上角为原点，以水平方向为X轴，垂直方向为Y轴建立平面直角坐标系；
[0018]S12、在所建立的直角坐标系中建立多个单元面积相同网格，以网格中心点为该网格的坐标。
[0019]上述进一步方案的有益效果是，建立均匀的雨强采集点，保障雨强数据在试验区域内均匀分布，并便于精确定位需要调节的位点。
[0020]进一步的，其特征在于，所述步骤S2中雨强平均值的计算公式为：
[0021][0022]其中，为雨强平均值，P(x，y)为坐标值为(x，y)处所收集到的雨强大小，m为x轴上的网格个数，n为y轴上的网格个数。
[0023]上述进一步方案的有益效果是，获得实际雨强的平均值，判断区域实际雨强与雨强阈值的偏离程度，便于制定调节方案，以缩小实际雨强与雨强阈值的差距。
[0024]进一步的，所述步骤S3中调整进水流量的方式为：
[0025]S31、当所求取的雨强平均值大于雨强阈值时，调小进水流量；
[0026]S32、当所求取的雨强平均值小于雨强阈值时，调大进水流量。
[0027]上述进一步方案的有益效果是，明确进水流量的调节方向，制定进水流量调节方案，使实际雨强整体上接近雨强阈值目标。
[0028]进一步的，所述步骤S3中雨强与进水流量的关系表示为：
[0029]L＝a
×
P+b；
[0030]其中，L为进水流量，P为雨强，a和b为关系系数。
[0031]上述进一步方案的有益效果是，根据雨强与进水流量之间的逻辑关系，在明确调节方向的基础上进一步确定调节幅度，给出详细的调节方案。
[0032]进一步的，所述步骤S4中离散系数的计算公式为：
[0033][0034]上述进一步方案的有益效果是，根据计算得到的离散系数，判断实际雨强分布的均匀程度是否满足目标需求。
[0035]进一步的，所述步骤S5中进行雨强空间分布的率定的方法为：
[0036]S51、计算每个网格的雨强与雨强阈值的差值及差值绝对值，计算方式为：
[0037]△
P(x，y)＝P(x，y)
‑
P
阈值
；
[0038]|
△
P(x，y)|＝|P(x，y)
‑
P
阈值
|；
[0039]其中，
△
P(x，y)为坐标(x,y)处的雨强与雨强阈值的差值，|
△
P(x,y)|为坐标(x,y)处的雨强与雨强阈值的差值的绝对值；
[0040]S52、根据步骤S51的计算结果，将差值绝对值按照降序排序，并查找其大小大于差值阈值的差值绝对值所对应的位置坐标，确定需要调节的目标的坐标点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立试验区域下垫面的平面直角坐标系，并设定其中每个坐标点的雨强阈值和离散限度阈值；S2、收集每个坐标点的雨强数据，根据收集到的雨强数据求取雨强平均值；S3、判断求取的雨强平均值与雨强阈值是否相等，若是，则进入步骤S4，若不是，则根据雨强与进水流量的关系调整进水流量并返回步骤S2重新计算雨强平均值；S4、根据步骤S3得到的雨强平均值计算雨强数据的离散系数；S5、判断离散系数是否大于离散限度阈值，若是，则进行雨强空间分布的率定；若不是，则输出最优雨强参数。2.根据权利要求1所述的室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，所述步骤S1中建立试验区域下垫面的平面直角坐标系的方法为：S11、以试验区域下垫面左上角为原点，以水平方向为X轴，垂直方向为Y轴建立平面直角坐标系；S12、在所建立的直角坐标系中建立多个单元面积相同网格，以网格中心点为该网格的坐标。3.根据权利要求2所述的室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，所述步骤S2中雨强平均值的计算公式为：其中，为雨强平均值，P(x,y)为坐标值为(x,y)处所收集到的雨强大小，m为x轴上的网格个数，n为y轴上的网格个数。4.根据权利要求3所述的室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，所述步骤S3中调整进水流量的方式为：S31、当所求取的雨强平均值大于雨强阈值时，调小进水流量；S32、当所求取的雨强平均值小于雨强阈值时，调大进水流量。5.根据权利要求4所述的室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，所述步骤S3中雨强与进水流量的关系表示为：L＝a
×
P+b；其中，L为进水流量，P为雨强，a和b为关系系数。6.根据权利要求5所述的室内降水实验中雨强参数的快速率定方法，其特征在于，所述步骤S4中离散系数的计算公式为：7....

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬青，刘家宏，梅超，丁相毅，高凯，杨志勇，付潇然，罗佳航，
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：