岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法技术

本发明专利技术公开了一种岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，该方法包括：获取岩溶水文时间序列，并进行预处理；从预处理后的岩溶水文时间序列中提取洪水样本时间序列；从洪水样本时间序列中判断洪峰位置，根据洪峰位置提取衰减过程；从洪水样本时间序列中提取功能表征，包括：对衰减过程进行高斯拟合，分段提取衰减系数以提取有效功能表征信息。本发明专利技术通过半自动化方法快速地获取了同一地区岩溶泉地下水的长时间序列的洪峰过程，进而在此基础上能够进行其他频率或者时域地统计分析工作，获取更多地岩溶地下水的动态特征。获取更多地岩溶地下水的动态特征。获取更多地岩溶地下水的动态特征。

【技术实现步骤摘要】
岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法


[0001]本专利技术涉及岩溶地下水动态特征提取
，特别涉及一种岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法。

技术介绍

[0002]岩溶地下水资源是可供人类利用的、优质的淡水资源，是我国西南八省主要的生活、生产用水来源。在岩溶地下水开发利用过程中，岩溶含水介质的复杂性和高连通性导致了地下水抗风险能力差，脆弱性强。因此，优化岩溶山区地下水资源管理，从水文地质的角度理解地下水资源的补给
‑
径流过程，制定充分的资源保护策略已变得越来越必要。岩溶泉是岩溶水系统的主要排泄点，从系统论角度出发，岩溶泉的地下水是岩溶水系统整体的输出，是岩溶水系统对降雨输入综合调蓄功能的反映，其动态特征代表了整个岩溶水系统的特征和功能。因此，岩溶泉地下水的水文时间序列经常被用来分析岩溶水系统的介质结构特征、调蓄能力、滞后性等特征和功能，但是岩溶地下水水文动态特征复杂，相较于地表河流动态，其具有响应时间快、衰减过程长、变化幅度大、噪音多的特点，在不同的岩溶水系统控制下，地下水洪水过程线形态特异，经常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取岩溶水文时间序列，并进行预处理；S2：从预处理后的岩溶水文时间序列中提取洪水样本时间序列；S3：从洪水样本时间序列中判断洪峰位置，根据洪峰位置提取衰减过程；S4：从洪水样本时间序列中提取功能表征，包括：对衰减过程进行高斯拟合，分段提取衰减系数以提取有效功能表征信息。2.根据权利要求1所述的岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，其特征在于，步骤S1具体包括：对岩溶水文时间序列进行气压影响剔除，气压影响剔除的具体计算公式如下：H
Rt
＝H
Jt
‑
P
t
‑
ΔH式中：H
Rt
、H
Jt
分别代表了t时刻岩溶水实际的水位和监测的水位；P
t
代表了t时刻水面的气压；ΔH代表系统误差；对进行气压影响剔除后的岩溶水文时间序列进行滑动窗口平滑处理，窗口宽度的选择取决于要提取的时间序列的频率特征；在滑动窗口平滑处理时，同时进行异常值的检测和剔除，对于离群值进行剔除，并根据前后数据进行插补。3.根据权利要求1所述的岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，其特征在于，步骤S2具体包括：对于预处理后的岩溶水文时间序列，采用数字滤波法得到流量过程的基流部分，具体操作如公式：式中，b
t
为时刻t的基流，b
t
‑1为时刻t
‑
1的基流，Q'
t
、Q'
t
‑1分别为时刻t、t
‑
1的流量，β为滤波系数；通过调整滤波次数和滤波系数来控制滤波效果，获得基流序列后，利用以下公式分离岩溶水文时间{Q'1,Q'2,
…
,Q'
t
}，从而得到新的岩溶水文时间序列{Q1,Q2,...,Q
t
}；Q
t
＝Q'
t
‑
b
t
对分离出来的岩溶水文时间序列，采用洪水过程起点、过程判定点以及洪水过程终点三点遍历的方法提取洪水样本时间序列。4.根据权利要求3所述的岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，其特征在于，所述对分离出来的岩溶水文时间序列，采用洪水过程起点、过程判定点以及洪水过程终点三点遍历的方法提取洪水样本时间序列的步骤，具体包括：寻找洪水样本的起点，具体步骤如下：计算岩溶水文时间序列的一阶差分序列{dif1,dif2,...,dif
t
}和二阶差分序列{diff1,diff2,...,diff
t
}，在时间序列起点开始遍历，初步寻找洪水样本的起点Q(s)，起点的判定条件有以下几点：
①
下一时刻的流量大于该点Q(s)的流量，且该点Q(s)流量大于流域阈值，即：Q(s+1)＞Q(s)且Q(s)＞Q
th
；
②
该点Q(s)的一阶差分大于阈值dif
th
且二阶差分大于0，即：dif(s)＞dif
th
且diff
th
＞0表示流量开始增加的过程；
③
起点后一定时间Δt后的流量大于起点的流量，且该点Q(s+Δt)的一阶差分也要大于零，即：Q(s+Δt)＞Q(s)且dif(s+Δt)＞0；洪水过程的起点初步确定后，再进行验证：第一种情况是前一个峰的终点和后一个峰的起点相差大于设定值：进行反向遍历，寻找预设时间步长内的最小值作为真正的洪水过程的起点；第二种情况是两峰紧密相接，前一个峰的终点即为后一个峰的起点：过程判定点Q(p)初始值设为起点位置，往后遍历，寻找一阶差分大于阈值dif
th
且二阶差分大于0的点，该点认为也是洪水过程的起点Q(s)。5.根据权利要求3所述的岩溶水文时间序列提取、分析和功能表征的半自动方法，其特征在于，所述对分离出来的岩溶水文时间序列，采用洪水过程起点、过程判定点以及洪水过程终点三点遍历的方法提取洪水样本时间序列的步骤，具体包括：寻找洪水样本的终点，具体包括以下步骤：将过程判定点Q(p)初始值设为起点位...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭绪磊，段奇荣，陈一帆，李静雯，杨培培，周宏，张苏雅，况野，管先威，王炜翔，刘操，刘怡健，程家乐，李晓慧，欧阳莹，葛佳文，尤嘉琪，张雨菲，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：