一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，包括如下步骤：S1、采用Shapiro

【技术实现步骤摘要】
一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法


[0001]本专利技术涉及湖区水安全评价
，尤其是一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法。

技术介绍

[0002]水情是影响湖泊及其周边地区生态系统安全的重要变量，水位的波动影响着湖区洪水灾害防治、水资源利用、水环境质量、水域及湿地生态系统完整与稳定性等各个方面，是维护湖区水安全系列问题的核心。随着近年来气候变化导致的极端水文事件频发，以及经济发展、人口增长导致的洪涝灾害破坏性增加、水资源供需矛盾突出等问题，对湖泊及其周边地区的水安全状态进行评价和预测预警变得更为迫切。相关研究可以揭示湖泊水位波动对湖区水安全的影响，以支撑进一步改进的管理措施，如进行水利工程的科学调度，以增强对湖泊水位的调节并减轻其对湖区社会经济可持续发展乃至整个生态系统产生的负面影响。
[0003]然而，目前的湖区水安全评价在评价内容和评价方法方面仍存在诸多问题。在评价内容方面，很多湖区因水量在时间和空间上分布极不平衡，因此其水安全评价需要侧重于规避水灾害和水风险，包括因降水集中造成的洪涝灾害问题、季节性干旱导致的水资源短缺问题以及不满足生态需水导致的水环境恶化、洲滩湿地退化等问题。但上述问题很少在单一的湖区水安全评价研究中同时涉及。在水安全评价方法方面，由于影响水安全的因素众多且复杂，并存在因素间的非线性交互作用、时间延迟和反馈以及空间异构性等，水安全评价工作往往随着参与集成的评价指标的增加，评价工作的难度、结果的准确性以及方法的普适性会大大降低。因此，目前亟需探索一致性、可比性的水安全表征指标来衡量湖区水安全状态，而将湖泊历史水位数据以及维持其多安全目标的特征水位数据相融合，构建基于水情要素的多目标湖区水安全评价体系是实现这一目标的重要途径。
[0004]有鉴于此，针对高变幅湖区水安全评价的特殊性，有必要提出一种基于水情要素的多目标水安全综合评价方法，通过综合考虑水情的历史分布以及水安全的多个目标，并将各水安全评价指标转化为其对关键水情的要求，实现针对季风区湖泊水安全的科学评价和预测预警。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，适用于水情季节性变化大，水位波动对湖区水安全状态具有主导影响，且洪、旱灾害频发的湖泊及其周边地区，操作方法简便，便与推广和应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，包括如下步骤：
[0007]S1、采用Shapiro
‑
Wilk法检验湖区关键时段长序列水文数据的正态性，并尝试对非正态数据进行正态性转化；
[0008]S2、采用正态分布法或百分位数法，根据历史水位的统计分布特征初步划定湖泊关键时段水位波动的安全范围及阈值；
[0009]S3、搜集湖区防洪、水资源供给以及最小生态水位等特征水位，对初步划定的水安全阈值进行修正；
[0010]S4、以上述修正水安全阈值对湖泊关键时段水安全状态进行评价，揭示湖区实时水安全动态。
[0011]优选的，步骤S1中，计算研究区代表水文站各关键时期(如洪水期与枯水期)的阶段平均水位，以Shapiro
‑
Wilk法配合样本分布直方图对其进行正态性检验。对不符合正态分布的水位序列进行正态转换，然后重新进行Shapiro
‑
Wilk检验，如仍不符合正态分布，则对其进行标记，在后续安全阈值确定中对其进行单独处理。
[0012]优选的，步骤S2中，对于服从正态分布和转换后服从正态分布的水位序列，计算其数学期望μ(即位置参数)和标准差σ(即尺度参数)，以尺度参数σ及其倍数2σ对位置参数μ的偏离幅度为阈值，即以μ
‑
2σ、μ
‑
σ、μ+σ和μ+2σ为阈值(分别对应累积频率的0.023，0.1587，0.8413，0.9772)，进行水安全区间的划分，共划分为三个区间，依次为：安全区间[μ
‑
σ,μ+σ]，弱安全区间[μ
‑
2σ,μ
‑
σ)和(μ+σ,μ+2σ]，以及不安全区间[h
min
,μ
‑
2σ)和(μ+2σ,h
max
]。其中，h
min
为序列最低水位，h
max
为序列最高水位；对于转化后仍不符合正态分布的水位序列，采用百分位数法，以上述四个阈值在正态分布序列中对应的累积频率(0.023，0.1587，0.8413，0.9772)为安全等级阈值，划分对应的三个水安全区间。
[0013]优选的，步骤S3中，搜集保障湖区防洪安全、水资源供给安全以及生态系统需水的特征水位，如设计洪水位、警戒水位以及灌溉提水泵站最低运行水位、城乡集中供水水源地取水口高程等，对初步划定的水安全阈值进行修正。修正原则采用短板效应原则，即湖区的水安全临界状态取决于水安全所有维度衡量指标的最低水平，因为其构成湖区水安全状态的最临近风险。
[0014]优选的，步骤S4中，以上述基于多目标修正的水安全阈值序列建立湖区水安全等级评价体系，记录湖区每个水位观测值落入的安全等级区间，以此评价湖泊水安全状态，实现对湖区关键时段水安全状态的预测预警。
[0015]本专利技术的有益效果为：能综合考虑湖区水文要素的统计分布特征以及人类应对水灾害与水风险的能力，通过关键时段水情历史记录的统计、提取统计意义上的水安全阈值以及以特定水安全目标特征水位对阈值进行修正三个基本步骤，达到了对水位剧烈波动湖区水安全状态的实时评价以及水灾害和水风险的预测预警的目的；操作较为简便，所需成本低。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的方法流程示意图。
[0017]图2为本专利技术基于历史水位记录统计特征值确定各水安全等级阈值的示意图。
[0018]图3为本专利技术实施例1中对鄱阳湖洪、枯期平均水位进行的Shapiro
‑
Wilk检验结果示意图。
[0019]图4为本专利技术鄱阳湖洪水期统计意义上的水安全阈值以及根据多安全目标修正后的水安全阈值示意图。
[0020]图5为本专利技术鄱阳湖枯水期统计意义上的水安全阈值以及根据多安全目标修正后的水安全阈值示意图。
具体实施方式
[0021]如图1所示，一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，包括如下步骤：
[0022]S1、采用Shapiro
‑
Wilk法检验湖区关键时段长序列水文数据的正态性，并尝试对非正态数据进行正态性转化；
[0023]S2、采用正态分布法或百分位数法，根据历史水位的统计分布特征初步划定湖泊关键时段水位波动的安全范围及阈值；
[0024]S3、搜集湖区防洪、水资源供给以及最小生态水位等特征水位，对初步划定的水安全阈值进行修正；
[0025]S4、以上述修正水安全阈值对湖泊关键时段水安全状态进行评价，揭示湖区实时水安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用Shapiro
‑
Wilk法检验湖区关键时段长序列水文数据的正态性，并尝试对非正态数据进行正态性转化；S2、采用正态分布法或百分位数法，根据历史水位的统计分布特征初步划定湖泊关键时段水位波动的安全范围及阈值；S3、搜集湖区防洪、水资源供给以及最小生态水位等特征水位，对初步划定的水安全阈值进行修正；S4、以上述修正水安全阈值对湖泊关键时段水安全状态进行评价，揭示湖区实时水安全动态。2.如权利要求1所述的基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，其特征在于，步骤S1中，计算研究区代表水文站各关键时期的阶段平均水位，以Shapiro
‑
Wilk法配合样本分布直方图对其进行正态性检验；对不符合正态分布的水位序列进行正态转换，然后重新进行Shapiro
‑
Wilk检验，如仍不符合正态分布，则对其进行标记，在后续安全阈值确定中对其进行单独处理。3.如权利要求1所述的基于水情要素的多目标湖区水安全评价方法，其特征在于，步骤S2中，对于服从正态分布和转换后服从正态分布的水位序列，计算其数学期望μ和标准差σ，以尺度参数σ及其倍数2σ对位置参数μ的偏离幅度为阈值，即以μ
‑
2σ、μ
‑
σ、μ+σ和μ+2σ为阈值，进行水安全区间的划分，共划分为三个区间，依次为：安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴雪，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：