【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水资源管理及规划领域，特别涉及一种径流流量预测方法及系统。
技术介绍
1、径流预测技术是水资源规划与管理、防洪抗旱的重要支撑。气候变化背景下，水循环规律发生改变，极端水文事件发生概率增加，径流预测不确定性更加突出。尤其是高寒地区，具有独特的高原山地气候及冰川融雪径流特征，对气候变化敏感，且径流成因机制复杂，限制了传统确定性水文径流预测方法的精度。因此，亟需开发可以同时考虑融雪径流和不确定性影响的高寒区径流区间预测方法及系统。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提出一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法及系统，有效刻画水文气象不确定性对径流变化的影响，并弥补传统水文模型在高寒地区高水流量方面预测效果较差的不足。
2、技术方案：一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、收集研究区水文站气象站观测的流量、降水、蒸发和气温资料，采用arcgis软件基于数字高程信息进行水文单元的划分并构建各单元水系拓扑关系；
4、步骤s2、构建三水源新安江模型，包括蒸散发计算、产流计算、三水源划分、汇流计算模块，并根据各个水文单元水系拓扑关系构建河道流量演算模块得到流域总出流计算结果；
5、步骤s3、基于度日因子法构建融雪模块嵌入到新安江模型中，将流域积雪及融雪径流纳入流域降水-径流的计算中，使改进后的新安江模型适用于高寒地区的日径流预测；
6、步骤s4、基于水文统计法构建
7、进一步地，所述步骤s1包括：
8、步骤s1a、采用arcgis的taudem插件进行水文单元的划分，选择grid networkorder计算得到的平均流量作为阈值提取研究区水系；
9、步骤s1b、采用泰森多边形法计算气象站在各个水文单元的对应权重，在此基础上进行加权平均得到各个水文单元的面降水、蒸发和气温作为水文模型输入；
10、步骤s1c、分析各个水文单元的拓扑关系，根据各个水文单元的拓扑关系总结从上游到下游逐单元进行河道流量演算的流程，便于后续输入每个水文单元的降水总径流计算结果，得到流域出口总流量。
11、进一步地，所述步骤s3中，所述融雪模块的构建包括：
12、步骤s3a、利用两个临界气温t1和t2来区分降水形态，当气温t(t)<t1时，降水形式为降雪；当气温t(t)>t2时，降水形式为降雨；当气温t1≤t(t)≤t2时，降水形态为雨雪混合，在进行模型计算时，根据观测的日平均气温t(t)确定当日的降雪量ps(t)；
13、步骤s3b、不同于降雨的直接产汇流计算，降雪后首先成为流域积雪的一部分，时段内流域的积雪量s(t)计算公式为：
14、s(t)＝s(t-1)+ps(t)
15、其中，s(t-1)为流域前期积雪量，单位为mm；
16、步骤s3c、扣除降雪量后的降水量即为降雨量，因此需对降水量进行改正，以改正后的降水量p′(t)作为实际的降雨量，改正公式如下：
17、p′(t)＝p(t)-ps(t)
18、步骤s3d、根据积雪吸收热量来源的不同，将积雪消融分为以空气热量为来源的高温融雪和以降雨携带热量为来源的降雨融雪，这两部分融雪量分别计算相加得到总融雪量。
19、进一步地，所述步骤s3a中，当日的降雪量ps(t)的具体计算公式如下：
20、
21、其中，p(t)为时段内的降水量，单位为mm。
22、进一步地，所述步骤s3d中，总融雪量采用度日因子法计算，具体公式如下：
23、
24、其中，m为总融雪量，单位为mm；ra为度日因子，单位为mm/(℃·d)；tk为雪面温度，单位为℃，当总融雪量m大于流域积雪量s(t)时，取m＝s(t)。
25、进一步地，所述步骤s4包括：
26、步骤s4a、假定模型参数的先验分布为均匀分布，采用monte-carlo法对模型参数进行随机抽样，在参数范围内随机抽样得到10000组参数组；
27、步骤s4b、确定似然函数并设定似然函数值阈值，并将步骤s4a中随机抽样得到的10000组参数组，输入到模型中，分别计算得到各个水文站对应的参数组似然函数值集合，根据阈值筛选出有效参数组；
28、步骤s4c、将筛选出的有效参数组驱动改进后的新安江模型并对计算结果进行排序，得到预报流量不同时刻的累计似然分布，并选取其5％和95％分数位作为区间预测范围的上下限，作为区间预测的估算结果。
29、进一步地，所述步骤s4b中，用反映实测流量与模拟预报流量过程的重合程度的确定性系数作为似然函数，似然函数值的阈值设定为0.5，其函数表达式为：
30、
31、其中，l(θi|y)是第i参数组的似然值；为第i参数组的模型预测值误差方差；是第i参数组的实测值方差。
32、本专利技术还提供一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测系统，包括：
33、数据预处理模块，收集研究区水文站气象站观测的流量、降水、蒸发和气温资料，采用arcgis软件基于数字高程信息进行水文单元的划分并构建各单元水系拓扑关系；
34、水文模型构建模块，构建三水源新安江模型，包括蒸散发计算、产流计算、三水源划分及汇流计算模块，并根据各个水文单元水系拓扑关系构建河道流量演算模块得到流域总出流计算结果；
35、水文模型优化模块，基于度日因子法构建融雪模块嵌入到新安江模型中，将流域积雪及融雪径流纳入流域降水-径流的计算中，使改进后的新安江模型适用于高寒地区的日径流预测；
36、日径流区间预测模块，基于水文统计法构建不确定性模块，筛选出适用于流域的模型有效参数集并驱动改进后的新安江模型输出预测流量集，并估算指定置信水平的模型预测范围，得到日径流区间预测结果。
37、本专利技术还提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如上所述的考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法的步骤。
38、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法的步骤。
39、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
40、(1)本专利技术构建融雪模块，考虑高寒地区特有的融雪径流特征，将积雪融雪过程纳入降雨径流计算过程中，提高了水文模型中高寒地区日径流预测的适用性。
41、(2)本专利技术构建不确定性模块，从水文统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述融雪模块的构建包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3a中，当日的降雪量Ps(t)的具体计算公式如下：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3d中，总融雪量采用度日因子法计算，具体公式如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4b中，用反映实测流量与模拟预报流量过程的重合程度的确定性系数作为似然函数，似然函数值的阈值设定为0.5，其函数表达式为：
8.一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑气候变化影响的高寒区日径流区间预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述融雪模块的构建包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s3a中，当日的降雪量ps(t)的具体计算公式如下：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s3d中，总融雪量采用度日因子法计算，具体公式如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4b中，用反映实测流量与模拟预报...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文卓，可灏，张天衍，李卓铮，郑子沁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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