一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用，采用基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式计算流域的瞬时单位线。本发明专利技术有益效果：本发明专利技术提出的基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式无论参数T

【技术实现步骤摘要】
一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用


[0001]本专利技术属于水利工程数值计算
，尤其是涉及一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用。

技术介绍

[0002]流域出口的流量过程是洪水预报关注的重点对象，也是高精度河道水动力模型计算中的关键输入参数，利用流域单位线进行短期洪水预报是目前普遍采用的技术手段。流域单位线的定义可以表述为：对任意一个具体的流域，其在单位时段内均匀分布的单位净雨量所形成的流域出口站的地面径流过程线称为单位线。流域单位线是一个概念性黑箱模型，其应用符合倍比叠加原理。
[0003]但是传统意义上的流域单位线推求困难，往往根据单位线的定义设置许多约束条件（例如：单位线先增大后减小、单位线与时间轴包围的面积等于流域降水量、单位线上的值均大于等于零等等）利用分析法、试错法、最小二乘法、线性规划等最优化算法进行求解。即便如此，有些推求得到的单位线仍然存在锯齿形，不符合一般自然规律。另一类方法是应用Nash瞬时单位线公式，但是Nash瞬时单位线实质是将流域等效成n个具有相同调蓄作用的线性水库串联，这在数学上获得了成功，但在物理概念上十分牵强，也导致了Nash瞬时单位线的参数（即n和K）不具有直观的物理解释。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用，本流域单位线模型简单、实用，且模型参数具有明确的物理意义，从而克服传统流域单位线推求困难、Nash瞬时单位线参数物理意义不明确的困难，给流域洪水预报提供解决方案。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法，包括基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式，采用基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式计算流域的瞬时单位线，基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式为：；式中，为流域的瞬时单位线；为计算地面径流；T
p
、C3为瞬时单位线参数，其中T
p
为预见期，C3为形状参数；表示指数函数；Gamma()表示伽马函数。
[0006]进一步的，包括以下步骤：S1：收集流域水文资料；S2：应用基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式；S3：将基于预见期和形状参数的瞬时单位线转换为时段单位线；
S4：根据流域历史资料率定时段单位线的参数T
p
、C3；S5：应用推求的时段单位线进行短期洪水预报。
[0007]进一步的，在步骤S1中，收集单位线洪水预报所需的流域水文资料，所述流域水文资料包括流域面积F、历史洪水的时间序列、净雨量序列、实测地面径流量序列。
[0008]进一步的，在步骤S3中，将基于预见期和形状参数的瞬时单位线转换为时段单位线，包括以下步骤：S31、计算瞬时单位线关于时间t的积分：；其中，S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；为流域瞬时单位线；为积分的时间变量；得到：；式中，S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；C3为形状参数；T
p
为预见期；双参数的Gamma函数为上不完全伽马函数；S32、通过两个S曲线相减，得到时段单位线：；其中，为时段单位线；为时间间隔；S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；为时间轴上延迟的S曲线；得到：；式中，为时段单位线；Gamma()表示伽马函数；T
p
、C3为瞬时单位线参数，其中T
p
为预见期，C3为形状参数；为时间间隔；max()为取最大值函数；S33、特别的，对于流域面积为F，单位为km2，时间间隔为，单位为h，净雨为10mm的单位线：；式中，为10mm净雨对应的单位线；F为流域面积；为时间间隔；为时段单位线。
[0009]进一步的，在步骤S4中，根据流域历史资料率定时段单位线的参数T
p
、C3，包括以下率定过程：将每个时段的净雨量除以10mm，再乘以净雨10mm的时段单位线得到对应这个时段净雨量的出流过程；将各时段净雨量产生的出流过程在时间轴上按顺序前后排序，在时间轴上对各出流过程进行叠加得到洪水模拟结果；公式为：
；其中，为第i个时段序号的历史洪水模拟结果；为第j个时段净雨量；为模拟的时段序号；为单位线计算的时段序号，且；为10mm净雨对应的单位线；为时间间隔。
[0010]进一步的，在步骤S4中，参数率定采用历史洪水模拟误差最小原则，确定单位线的参数T
p
和C3，参数率定过程使用参数率定算法，参数率定算法为遍历法或试错法或SCE
‑
UA法。
[0011]进一步的，在步骤S5中，应用推求的时段单位线进行短期洪水预报，包括以下内容：应用推求的时段单位线进行短期洪水预报时，将每个时段的净雨量除以10mm，再乘以净雨10mm的时段单位线得到对应这个时段净雨量的出流过程；将各时段净雨量产生的出流过程在时间轴上按顺序前后排序，在时间轴上对各出流过程进行叠加得到洪水预报结果；公式为：；其中，为第i个时段序号的洪水预报结果；为第j个时段净雨量；为预报的时段序号；为单位线计算的时段序号，且；为10mm净雨对应的单位线；为时间间隔。
[0012]进一步的，一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述的短期洪水预报的方法。
[0013]进一步的，一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述的短期洪水预报的方法。
[0014]进一步的，一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的短期洪水预报的方法。
[0015]相对于现有技术，本专利技术所述的一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用具有以下优势：（1）本专利技术所述的一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用，本专利技术提出的基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式无论参数T
p
、C3取值如何都具有以下几个特征：与时间轴包围面积等于1；函数形态先增加后减小，为单峰函数；在的范围内，函数值均大于等于0。以上性质使函数可以天然符合单位线的几个基本定义；避免了传统推求单位线的诸多困难，可以快速率定参数，提高了本单位线方法的率定、计算效率。
[0016]（2）本专利技术所述的一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用，本方法的函数峰值出现在t=T
p
处，即：T
p
直观表示流域预见期。在实际应用中用很少的水文资料，就可以确定参数T
p
的大致范围。
[0017]（3）本专利技术所述的一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法及应用，与Nash瞬时单位线比较，函数峰值出现时间仅由参数T
p
决定，在T
p
确定后函数形状由参数C3决
定。物理意义明确，方便所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法，其特征在于：包括基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式，采用基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式计算流域的瞬时单位线，基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式为：；式中，为流域的瞬时单位线；为计算地面径流；T
p
、C3为瞬时单位线参数，其中T
p
为预见期，C3为形状参数；表示指数函数；Gamma()表示伽马函数。2.一种短期洪水预报的方法，应用权利要求1所述的基于预见期和形状参数的流域单位线模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：收集流域水文资料；S2：应用基于预见期和形状参数的瞬时单位线公式；S3：将基于预见期和形状参数的瞬时单位线转换为时段单位线；S4：根据流域历史资料率定时段单位线的参数T
p
、C3；S5：应用推求的时段单位线进行短期洪水预报。3.根据权利要求2所述的一种短期洪水预报的方法，其特征在于：在步骤S1中，收集单位线洪水预报所需的流域水文资料，所述流域水文资料包括流域面积F、历史洪水的时间序列、净雨量序列、实测地面径流量序列。4.根据权利要求3所述的一种短期洪水预报的方法，其特征在于：在步骤S3中，将基于预见期和形状参数的瞬时单位线转换为时段单位线，包括以下步骤：S31、计算瞬时单位线关于时间t的积分：；其中，S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；为流域瞬时单位线；为积分的时间变量；得到：；式中，S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；C3为形状参数；T
p
为预见期；双参数的Gamma函数为上不完全伽马函数；S32、通过两个S曲线相减，得到时段单位线：；其中，为时段单位线；为时间间隔；S(t)为流域瞬时单位线关于时间的积分函数；为时间轴上延迟的S曲线；得到：；式中，为时段单位线；Gamma()表示伽马函数；T
p
、C3为瞬时单位线参数，其中T
p
为
预见期，C3为形状参数；为时间间隔；max()为取最大值函数；S33、特别的，对于流域面积为F，单位为km2，时间间隔为，单位为h，净雨为10mm的单位线：；式中，为10mm净雨对应的单位线；F为流域面积；为时间间隔；为时段单位线。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊伟，马殿光，赵兰兰，刘肖廷，付吉斯，杨婷婷，刘佩瑶，孔宪卫，段宇，王燚，干伟东，纪超，李笑晨，王晨阳，张磊，张玉倩，
申请(专利权)人：水利部信息中心水利部水文水资源监测预报中心，
类型：发明
国别省市：