一种基于径流模数网格的流域水文情势表达方法技术

本发明专利技术公开一种基于径流模数网格的流域水文情势表达方法，获取目标流域的数字高程模型数据，进行填洼和重采样，将重采样的高程数据输入流域数字化及地貌特征提取系统，自动获取网格最陡坡度

【技术实现步骤摘要】
一种基于径流模数网格的流域水文情势表达方法


[0001]本专利技术涉及水文处理技术，具体涉及一种基于径流模数网格的流域水文情势表达方法
。

技术介绍

[0002]构建智慧水利体系有利于防灾减灾，而数字孪生流域建设则是智慧水利建设的核心内容，基于流域水文气象数据及水利工程建设等信息，实现对物理流域全要素和水利治理全过程的数字化映射
、
智能化模拟，能够有效支撑精准化决策，促进流域防洪和水资源管理建设
。
数据可视化是数字孪生平台建设的关键一环，包括文本
、
网格数据
、
时空及多维数据的可视化，融合展示流域气象
、
实时雨水情
、
洪水预报信息等，通过构建数字化场景，动态映射流域物理实体
。
[0003]随着计算机技术和遥感科学的进步，分布式水文模型广泛应用
。
基于网格计算的分布式水文模型输入可以更充分地考虑地形
、
植被
、
土壤等下垫面的分布和降雨的空间变化，并且可以输出流域内任意网格单元的流量计算结果，提高了洪水模拟和预报成果的精细度
。
[0004]现阶段，通常使用网格流量空间分布图表达模型计算结果，因网格之间流量差异大，流量分布图中仅能展现出主河道网格的流量模拟情况，坡面网格上流量模拟结果难以精细显示，量化规律表述不明确，难以适应现代信息技术发展
。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于径流模数网格的流域水文情势表达方法，着重考虑网格间流量数据差值大导致流量热力图描述量化规律不明确的问题，消除上游汇水面积影响，计算逐时刻逐网格径流模数，生成定量色阶和动态色阶径流模数热力图时间序列，实现在全流域层面定量展示和动态展示流量模拟预报结果，促进流量数据可视化动态模拟，更加清晰准确地表达流域水文情势
。
[0006]技术方案：本专利技术的一种基于径流模数网格的水文情势表达方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
S1、
获取目标流域的数字高程模型数据，并对其依次进行填洼和重采样预处理，得到目标流域的高程数据
[DEM]；
[0008]步骤
S2、
将处理后的高程数据
[DEM]输入流域数字化及地貌特征提取模块，自动提取目标流域网格特征，包括网格最陡坡度
[s]、
网格流向
[dir]、
网格累积汇水面积
[acc]、
河流网格
[riv]和流域边界
[bas]；
[0009]步骤
S3、
获取流域内站点历史实测资料并结合目标流域网格特征，采用网格新安江模型进行参数率定，进而构建流域洪水场次集合，得到网格新安江模型参数集合
[Params]；
[0010]步骤
S4、
结合实时降雨数据和网格新安江模型参数集合
[Params]，计算流域网格流量时间序列以及目标流域的网格径流模数时间序列，具体方法为；
[0011]步骤
S4.1、
根据网格新安江模型参数
[Params]、
实时降雨数据序列
[p
s
]，计算得到流域的网格流量时序数据
[q
sim
]；
[0012]步骤
S4.2、
根据网格流量时序数据
[q
sim
]和网格累积汇水面积
[acc]，采用径流模数公式计算网格径流模数时间序列
[RM
sim
]；
[0013]步骤
S5、
分别按照定量色阶和动态色阶方式分别生成色阶网格数据序列，通过系统展示热力图时序，具体方法为；
[0014]步骤
S5.1、
根据网格径流模数时间序列
[RM
sim
]，统计全时段径流模数的最大值
RM
max
和最小值
RM
min
，对网格径流模数全时段时间序列进行归一化，生成定量网格数据序列，进而绘制热力图时间序列
[Map
qua
]；
[0015]计算网格
(i,j)
在
t
时刻的归一化径流模数
RQ
i,j,t
；
[0016]若
RM
max
＝
RM
min
，则
RQ
i,j,t
＝
1.0
；
[0017]若
RM
max
≠RM
min
，则
RQ
i,j,t
＝
(RM
i,j,t
‑
RM
min
)/(RM
max
‑
RM
min
)
；其中
RM
i,j
，
t
为网格
(i,j)
在
t
时刻的径流模数；
[0018]步骤
S5.1.3、
遍历所有网格，得到
t
时刻目标流域的无量纲径流模数
[RQ]t
；
[0019][0020]步骤
S5.1.4、
基于定量色阶划分标准
[C]，定义与无量纲径流模数关系；
[0021][C]＝
{C1,C2,...,C
k
‑1,C
k
}
[0022]其中，
k
为色阶划分数量，
C
k
＝
Φ
(R
k
‑1～
R
k
)
；
Φ
为定义函数，定义
[C
k
]对应的无量纲径流模数范围区间为
R
k
‑1～
R
k
，
R
k
为0～
1.0
之间的常量值；
[0023]步骤
S5.1.5、
基于定量色阶划分标准
[C]和
[RQ]t
计算得到
t
时刻流域网格色值
[Color]t
；
[0024][0025]基于
[Color]t
生成目标流域的定量色阶径流模数热力图
[Map
qua
]t
；
[0026]步骤
S5.1.6、
遍历所有时刻，生成目标流域的定量色阶径流模数热力图时间序列
[Map
qua
]；
[0027][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于径流模数网格的水文情势表达方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1、
获取目标流域的数字高程模型数据，并对其依次进行填洼和重采样预处理，得到目标流域的高程数据
[DEM]
；步骤
S2、
将处理后的高程数据
[DEM]
输入流域数字化及地貌特征提取模块自动提取目标流域网格特征，包括网格最陡坡度
[s]、
网格流向
[dir]、
网格累积汇水面积
[acc]、
河流网格
[riv]
和流域边界
[bas]
；步骤
S3、
获取流域内站点历史实测资料并结合目标流域网格特征，采用网格新安江模型进行参数率定，进而构建流域洪水场次集合，得到网格新安江模型参数集合
[Params]
；步骤
S4、
结合实时降雨数据和网格新安江模型参数集合
[Params]
，计算流域网格流量时间序列以及目标流域的网格径流模数时间序列，具体方法为；步骤
S4.1、
根据网格新安江模型参数
[Params]、
实时降雨数据序列
[p
s
]
，计算得到流域的网格流量时序数据
[q
sim
]
；步骤
S4.2、
根据网格流量时序数据
[q
sim
]
和网格累积汇水面积
[acc]
，采用径流模数公式计算网格径流模数时间序列
[RM
sim
]
；步骤
S5、
分别按照定量色阶和动态色阶方式分别生成色阶网格数据序列，通过系统展示热力图时序，具体方法为；步骤
S5.1、
根据网格径流模数时间序列
[RM
sim
]
，统计全时段径流模数的最大值
RM
max
和最小值
RM
min
，对网格径流模数全时段时间序列进行归一化，生成定量网格数据序列，进而绘制热力图时间序列
[Map
qua
]
；计算网格
(i,j)
在
t
时刻的归一化径流模数
RQ
i,j,t
；若
RM
max
＝
RM
min
，则
RQ
i,j,t
＝
1.0
；若
RM
max
≠RM
min
，则
RQ
i,j,t
＝
(RM
i,j,t
‑
RM
min
)/(RM
max
‑
RM
min
)
；其中
RM
i,j
，
t
为网格
(i,j)
在
t
时刻的径流模数；步骤
S5.1.3、
遍历所有网格，得到
t
时刻目标流域的无量纲径流模数
[RQ]
t
；
m
为重采样后的网格行数，
n
为重采样后的网格列数；步骤
S5.1.4、
基于定量色阶划分标准
[C]
，定义与无量纲径流模数关系；
[C]
＝
{C1,C2,...,C
k
‑1,C
k
}
其中，
k
为色阶划分数量，
C
k
＝
Φ
(R
k
‑1～
R
k
)
；
Φ
为定义函数，定义
[C
k
]
对应的无量纲径流模数范围区间为
R
k
‑1～
R
k
，
R
k
为0～
1.0
之间的常量值；步骤
S5.1.5、
基于定量色阶划分标准
[C]
和
[RQ]
t
计算得到
t
时刻流域网格色值
[Color]
t
；
基于
[Color]
t
生成目标流域的定量色阶径流模数热力图
[Map
qua
]
t
；步骤
S5.1.6、
遍历所有时刻，生成目标流域的定量色阶径流模数热力图时间序列
[Map
qua
]
；步骤
S5.2、
根据网格径流模数时间序列
[RM
sim
]
分别统计各个时刻径流模数的最大值
RM
max
和最小值
RM
min
，分别对各个时刻的网格径流模数进行归一化，生成动态网格数据序列，进而通过系统绘制动态热力图时间序列
[Map
d
]
，直观表达水文情势演变过程；步骤
S5.2.1、
计算网格
(i,j)
在
t
时刻的归一化径流模数
RD
i,j,t
；
RD
i,j,t
＝
(RM
i,j,t
‑
RM
min,t
)/(RM
max,t
‑
RM
min,t
)
其中，
RM
max,t
为
t
时刻径流模数的最大值，
RM
min,t
为
t
时刻径流模数的最小值；步骤
S5.2.2、
遍历所有网格，得到
t
时刻目标流域的无量纲径流模数
[RD]
t
；步骤
S5.2.3、
基于
t
时刻的动态色阶划分标准
[CD]
t
，定义与无量纲径流模数关系；
[CD]
t
＝
{CD1,CD2,...,CD
k
‑1,CD
k
}
其中，
k
为色阶划分数量，
CD
k
＝
Φ
(R
k
‑1～
R
k
)
；
Φ
为定义函数，定义
[CD
k
]
对应的无量纲径流模数范围区间为
R
k
‑1～
R
k
，
R
k
为0～
1.0
之间的常量值；步骤
S5.2.4、
基于
t
时刻的动态色阶划分标准
[CD]
t
和
[RD]
t
得到
t
时刻流域网格色值
[Color]
t
；步骤
S5.2.5、
基于
[RD]
t
生成目标流域的动态色阶径流模数热力图
[Map
d
]
t
；步骤
S5.2.6、
遍历所有时刻，生成目标流域的动态色阶径流模数热力图时间序列
[Map
d
]
；
2.
根据权利要求1所述的基于径流模数网格的水文情势表达方法，其特征在于，所述步骤
S1
的详细步骤如下：步骤
S1.1、
获取目标流域固定空间分辨率的数字高程模型数据
[DEM
ori
]
，数据
[DEM
ori
]
为网格矩阵类型，其横向分辨率为
Δ
x0，纵向分辨率为
Δ
y0；对
[DEM
ori
]
进行填洼处理，得到填洼后的高程数据
[DEM
fill
]
；
m0为网格行数，
n0为网格列数，
h
′
i,j
为填洼后网格
(i,j)
的高程；步骤
S1.2、
按照预设空间分辨率对填洼后的高程数据
[DEM
fill
]
进行重采样，其预设横向空间分辨率为
Δ
x
，预设纵向空间分辨率为
Δ
y
，进而获取目标流域重采样高程数据
[DEM]
；其中，
h
i,j
为重采样后网格
(i,j)
的高程；
h
m,n
是指第
m
行第
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚成，李宗尧，胡余忠，张涛，李京兵，张锦堂，张峰，丛小飞，
申请(专利权)人：安徽水利水电职业技术学院安徽省水文局安徽省水土保持监测总站长江水利委员会水文局南京中禹智慧水利研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：