[發明專利]河流逐時水溫預報方法

有效

• 申請號: 201811187721.2
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109359772B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 陳鋼;翟月;李小寧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/18;G06F17/15
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種河流逐時水溫預報方法，步驟為：采用復合正弦函數擬合河流的歷史水溫、氣溫資料并計算待預報日最高、最低水溫及氣溫預報初始值；構建河流水溫變化與氣溫變化的對應關系；計算待預報日最高、最低氣溫氣象預報值的可信區間；修正該日最高、最低水溫預報初始值；采用復合余弦函數進行河流逐時水溫的概率預報。本發明實現了河流水溫的逐時概率預報，提高了水溫預報的精度，也填補了在無資料地區逐時水溫資料需求的空白。

技術領域

本發明涉及一種水溫預測方法，尤其涉及一種基于復合正弦余弦的河流逐時水溫預報方法。

背景技術

掌握河渠水溫的動態變化在河流生態環境評價和工業取排水方案設計等領域有重要意義。一方面，河流水質極易遭受人類活動例如污染或水利工程的影響，一旦自然狀態的河流水質受到破壞，便會產生水環境質量下降、生物多樣性喪失等諸多變化，水溫的變化便是其中之一。水溫是水環境因子的重要指標之一，水溫的變化直接影響水環境質量的變化，并與水生態有密切的關系，如水生植物的生長、魚類產卵等都對水溫變化十分敏感。為了正確評價流域環境生態及其變化，準確估算水溫在人類活動影響前后的變化顯得十分關鍵。另一方面，眾多沿岸取水工業(如火/核電廠)直接從江河或采用明渠取引冷卻水，取水溫度的動態變化影響機組冷卻效率，并可能引起凝汽器等發電設備運行不穩定，為優化取水工程布置和確定安全的運行策略，初步設計階段常常需要快速判斷河渠水溫的變化狀況。

當前對水溫的預測方法主要有經驗公式法和數學模型法。經驗公式使用相對簡單，但普適性不強，受區域制約較為嚴重，且僅限于日尺度水溫(最大、最小或平均)的預測；數學模型從水體熱量交換的物理過程出發，建立水動力數值模型，但需要大量的實測資料，數據獲取難度較大。如何運用科學的方法對未來河道水溫進行快速合理的估算便成為河流生態環境評價與工業取排水方案設計的首要問題。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種河流逐時水溫預報的方法，可快速模擬預報流域范圍內河流水溫隨時間變化的情況。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種河流逐時水溫預報方法，該方法包括以下步驟：

(1)利用傳感器采集河流預測地點的至少一年的歷史水溫數據以及歷史氣溫數據，采用復合正弦函數分別擬合歷史水溫數據和歷史氣溫數據，得到擬合曲線，并通過該曲線計算得到歷史數據所覆蓋的時間段內每日最高水溫、最低水溫以及最高氣溫、最低氣溫的模擬值；拓展擬合的復合正弦函數曲線的時間定義域，計算得到待預報日的最高水溫、最低水溫以及最高氣溫、最低氣溫的預報初始值；

(2)由上一步計算得到的每日最高水溫、最低水溫以及最高氣溫、最低氣溫的模擬值，分別計算各項模擬值與歷史數據中當天實測值之間的誤差，建立最高水溫誤差與最高氣溫誤差的線性回歸關系以及最低水溫誤差與最低氣溫誤差的線性回歸關系；

(3)采用貝葉斯概率預報方法，計算待預報日最高氣溫和最低氣溫的氣象預報值的可信區間，該氣象預報值來源于氣象局實時氣象預報；

(4)將帶有可信區間的最高氣溫的氣象預報值與步驟1中計算所得最高氣溫的預報初始值的差值代入步驟2得到的線性回歸關系中，計算得到待預報日最高水溫誤差并以此修正待預報日最高水溫，得到待預報日最高水溫T_max，同樣的方法得到待預報日最低水溫T_min；

(5)采用復合余弦函數進行河流逐時水溫預報，當滿足0≤H＜(RISE+2)且 (NOON+4)＜H≤24時，預報函數為

當滿足(RISE+2)≤H≤(NOON+4)時，預報函數為