一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法技术

本发明专利技术涉及一种水资源及节水管理方法。目的是提供一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法。该方法具有适用于中小流域、预报精度高的特点，可以为水资源及节水管理提供精确的实际径流量成果。技术方案是一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法，包括如下步骤：步骤1：基于新安江模型研发半分布式天然径流量预报模块，对天然径流量进行预报：所述研发半分布式天然径流量预报模块，包括数字流域构建、产流计算、汇流计算；计算流程参见图2。计算流程参见图2。计算流程参见图2。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法


[0001]本专利技术涉及一种水资源及节水管理方法，尤其是基于改进新安江模型的实际径流量预报方法。

技术介绍

[0002]实际径流量是指由降水产生的天然径流量经人类的取用耗排活动影响之后，流经河道、水库等水源工程控制断面的径流量，其精确预报是开展建设项目取水水源论证、流域水资源优化配置与调度管理的重要依据。由于人类对水资源开发利用活动的加剧，降水
‑
产流
‑
入渗
‑
蒸发
‑
汇流的自然水循环过程与人类取水
‑
用水
‑
耗水
‑
排水的社会水循环过程相互耦合、相互反馈，形成了复杂的自然
‑
社会二元水循环过程。因此，实际径流量相较于天然径流量已发生显著改变。实际径流量的精准预报需要基于天然径流量预报成果，充分考虑人类活动对天然径流量再分配过程的影响，在对流域自然
‑
社会二元水循环过程模拟的基础上，计算天然径流量经人类开发利用之后的实际径流量。
[0003]目前已有技术针对实际径流量预报大多是以分布式水文模型(如SWAT模型)为基础，通过对农业灌溉、城乡取用水等模块的新增或改进，对人类活动影响下的流域二元水循环过程进行了模拟；如CN102867106、CN110555561。但是现有技术成果大多适用于空间尺度较大的流域，针对1000km2以下的中小流域往往达不到精度要求。而新安江模型是经典的概念性水文模型，为我国首个自主研发的水文模型，在湿润和半湿润地区具有较好的应用，且适用于中小尺度流域。因此，有必要基于新安江模型，提炼出一种适用于湿润和半湿润山丘区中小流域实际径流量预报的有效方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提升中小流域实际径流量预报精度，，提供一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法。该方法具有适用于中小流域、预报精度高的特点，可以为水资源及节水管理提供精确的实际径流量成果。
[0005]本专利技术提供的技术方案是：一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：基于新安江模型研发半分布式天然径流量预报模块，对天然径流量进行预报：所述研发半分布式天然径流量预报模块，包括数字流域构建、产流计算、汇流计算；计算流程参见图2。
[0007]1、所述数字流域构建过程是：
[0008](1)流域要素数字化：利用流域地形图等高线和实际水系数据，采用Arcgis软件平台生成1km网格上的标量矩阵，以便在生成数字水系、子流域边界、数字坡度、数字河长要素时使用；
[0009](2)计算单元划分：运用矩形网格(Rectangle Grid)划分法或自然子流域
‑
水文响应单元(Subbasin
‑
HRU)划分法(现有技术)，将流域细分为若干个计算单元，以考虑流域下
垫面和气候因素的时空变异性；
[0010](3)计算单元雨量插值：采用降水空间分布点雨量插值方法，如泰森多边形法、人工绘制等雨量线法、空间线性插值法、距离倒数插值法、高程修正距离倒数插值法、降雨
‑
高程线性回归法和克里金插值法等(现有技术)，将雨量代表站实测雨量插值到各计算单元；
[0011]2、所述产流计算，是采用新安江模型分别对上述数字流域的各计算单元产流过程进行半分布式模拟计算；计算流程参见图3。
[0012]3、所述汇流计算过程是：
[0013](1)计算单元汇流计算：对于覆盖子流域的每一个网格单元，计算网格单元的汇流路径、汇流时间。将汇流时间相等的网格单元合并作为一个子流域，采用等流时线法汇流模型进行子流域产汇流计算。等流时线法假定流域流速分布均匀，单元流域出流断面在第i时段出流量是由第一块面积ω1上的本时段净雨，第二块面积ω2上一时段净雨等以此类推所合成的。流量计算公式如下：
[0014][0015]式中：Q
i
为单元流域出流断面在第i时段出流量(m3/s)；h
i
为第i时段地面净雨(mm)；ω
j
为单元流域第j块等流时面积(km2)；Δt为时段长(h)。
[0016](2)河系汇流计算：采用马斯京根分段连续演算法(现有技术)将每个计算单元的流量进行汇流演算到子流域出口并进行算术叠加，再将该子流域入流进行马斯京根河道汇流演算至子流域出口，将这两部分合并作为该子流域的出流，即天然径流。
[0017]步骤2：研发用水总量统计模块，对农业灌溉用水量和非农业灌溉用水量分别进行统计，具体过程如下：
[0018]1、首先统计农业灌溉用水量，包括水稻灌溉用水量和旱作物灌溉用水量：
[0019](1)水稻灌溉用水量统计，包括灌排期用水量和插秧泡田期用水量。灌排期用水量计算公式为：
[0020][0021]H
i+1
＝H
i
+P
i
+D
i
‑
E
i
‑
Rcf
i
[0022]E
i
＝K
r
×
K1×
Ep
i
[0023]插秧泡田期用水量计算公式为：
[0024][0025]ΔV＝(WM
‑
W0+H
t
)/d+(R
f
+R
e
)
[0026]W
i+1
＝W
i
+H
i
+P
i
‑
Et
i
‑
Rf
i
[0027]式中，H
i
为水稻田i时段初水深(mm)；H
min
、H
max
、H
p
为水稻生长的适宜水深下限、适宜水深上限和最大(耐淹)水深(mm)，按参考灌溉试验站数据取值；D
i
为水稻田i时段灌溉量
(mm)；P
i
为i时段降雨量(mm)；E
i
为水稻i时段生长需水量(mm)；Rcf
i
为水稻田i时段下渗量(mm)；Ep
i
为蒸发皿i时段蒸发量(mm)；K1为水面蒸发量折算系数；K
r
为水稻生长需水系数；W
i
为水稻田i时段初土壤湿润层储水量(mm)；Et
i
为i时段水面蒸发量(mm)；Rf
i
为泡田期i时段渗漏量(mm)；ΔV为泡田期日最大灌水量(mm)；WM为田间持水量(mm)；W0为泡田期初土壤含水量(mm)；H
t
为泡田期末田间蓄水深(mm)；d为泡田期天数；R
f
为泡田期平均每天渗漏量(mm)；R
e
为泡田期平均每天水面蒸发能力量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进新安江模型的实际径流量预报方法，包括如下步骤：步骤1：基于新安江模型研发半分布式天然径流量预报模块，对天然径流量进行预报；步骤2：研发用水总量统计模块，对农业灌溉用水量和非农业灌溉用水量分别进行统计；步骤3：研发基于改进新安江模型的流域水循环模型，计算实际径流量；步骤4：收集基础资料，对水循环模型参数进行率定。2.根据权利要求1所述的基于改进新安江模型的实际径流量预报方法，其特征在于：所述研发半分布式天然径流量预报模块，具体通过数字流域构建、产流计算、汇流计算进行：1)所述数字流域构建过程是：(1)流域要素数字化：利用流域地形图等高线和实际水系数据，采用Arcgis软件平台生成1km网格上的标量矩阵，以便在生成数字水系、子流域边界、数字坡度、数字河长要素时使用；(2)计算单元划分：运用矩形网格划分法或自然子流域
‑
水文响应单元划分法，将流域细分为若干个计算单元，以考虑流域下垫面和气候因素的时空变异性；(3)计算单元雨量插值：采用降水空间分布点雨量插值方法，将雨量代表站实测雨量插值到各计算单元；2)所述产流计算是：采用新安江模型分别对上述数字流域的各计算单元产流过程进行半分布式模拟计算；所述汇流计算过程是：(1)计算单元汇流计算：对于覆盖子流域的每一个网格单元，计算网格单元的汇流路径、汇流时间；将汇流时间相的网格单元合并作为一个子流域，采用流时线法汇流模型进行子流域产汇流计算；流量计算公式如下：式中：Q
i
为单元流域出流断面在第i时段出流量；h
i
为第i时段地面净雨；ω
j
为单元流域第j块流时面积；Δt为时段长；(2)河系汇流计算：采用马斯京根分段连续演算法将每个计算单元的流量进行汇流演算到子流域出口并进行算术叠加，再将该子流域入流进行马斯京根河道汇流演算至子流域出口，将这两部分合并作为该子流域的出流，即天然径流。3.根据权利要求2所述的基于改进新安江模型的实际径流量预报方法，其特征在于：所述研发用水总量统计模块，对农业灌溉用水量和非农业灌溉用水量分别进行统计；具体按照如下步骤进行：(1)首先统计农业灌溉用水量，包括水稻灌溉用水量和旱作物灌溉用水量：
①
水稻灌溉用水量统计，包括灌排期用水量和插秧泡田期用水量；灌排期用水量计算公式为：
H
i+1
＝H
i
+P
i
+D
i
‑
E
i
‑
Rcf
i
E
i
＝K
r
×
K1×
Ep
i
插秧泡田期用水量计算公式为：ΔV＝(WM
‑
W0+H
t
)/d+(R
f
+R
e
)W
i+1
＝W
i
+H
i
+P
i
‑
Et
i
‑
Rf
i
式中：H
i
为水稻田i时段初水深；H
min
、H
max
、H
p
为水稻生长的适宜水深下限、适宜水深上限和最大水深，按参考灌溉试验站数据取值；D
i
为水稻田i时段灌溉量；P
i
为i时段降雨量；E
i
为水稻i时段生长需水量；Rcf
i
为水稻田i时段下渗量；Ep
i
为蒸发皿i时段蒸发量；K1为水面蒸发量折算系数；K
r
为水稻生长需水系数；W
i
为水稻田i时段初土壤湿润层储水量；Et
i
为i时段水面蒸发量；Rf
i
为泡田期i时段渗漏量；ΔV为泡田期日最大灌水量；WM为田间持水量；W0为泡田期初土壤含水量；H
t
为泡田期末田间蓄水深；d为泡田期天数；R
f
为泡田期平均每天渗漏量；R
e
为泡田期平均每天水面蒸发能力量；
②
旱作物灌溉用水量统计；对于蓄满产流为主的南方湿润地区，旱作物灌溉用水量计算公式如下：W
i
'
+1
＝W
i
'+P
i
‑
k
×
Ep
i
式中：Dh
i
为旱作物i时段灌溉用水量；W
max
为土壤湿润层旱作物生长适宜含水量；W
min
为土壤湿润层旱作物生长最小含水量，大于凋萎含水量，土壤湿润层含水量低于该值就应灌溉；W
i
'为旱田i时段初土壤湿润层储水量；k为流域综合蒸散发折算系数；β
i
为旱田i时段土壤湿润层相对于田间持水量的相对含水量；β
min
为农作物生长土壤湿润层最小相对含水量；β
max
为农作物生长土壤湿润层适宜相对含水量；(2)然后统计非农业灌溉用水量，包括生活、工业、林牧渔畜用水量：
①
生活用水量统计，包括城镇生活和农村生活用水量；城镇生活用水量根据城镇水厂取水计量监控数据，结合城镇生活供水比例进行统计；计算公式如下：农村生活用水量根据农村生活历史用水量数据；计算公式如下：式中：为城镇生活第i日用水量；为城镇水厂第i日取水量；k
sc
为城镇生活年供水比例；为农村生活第i年度第j天用水量，n为历史序列年份数，f(x)为用水量预测模型；
②
工业用水量统计，包括管网供水企业用水量和自备取水企业用水量；管网供水企业用水量从城镇水厂取水量中扣除城镇生活用水量得到；计算公式如下：自备取水企业用水量中在线监控的用水量根据监控数据直接统计；而离线计量的用水量根据历史用水量数据；计算公式如下：根据历史用水量数据；计算公式如下：式中：D
gg
为管网工业用第i日水量；在线监测的自备企业第i日用水量；第j家在线监测的自备企业第i日取水量；T为在线监测自备企业数量；为未在线监控的自备工业第i年度第j月用水量；
③
林牧渔畜用水量统计，包括林地灌溉、园地灌溉、草地灌溉、渔场养殖、大牲畜养殖、小牲畜养殖用水量；首先根据各类用水定额，结合经济统计指标对其年用水量进行统计，然后根据典型用水过程分配得到逐日用水量；计算公式如下：式中：为林牧渔畜第i日用水量，E
lmyc
为林牧渔畜养殖定额，P
lmyc
为林牧渔畜养殖数量，k
i
为林牧渔畜第i日用水量占全年用水量的比例；...

【专利技术属性】
技术研发人员：温进化，王贺龙，蔡晨凯，李进兴，戚核帅，杨辉斌，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：