[發明專利]變化條件下流域非一致性設計洪水的不確定性分析方法

有效

• 申請號: 201910853744.0
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110598315B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 蔡文君;祝雪萍;趙雪花;武鵬林;王雪妮
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種變化條件下流域非一致性設計洪水的不確定性分析方法。主要包括：通過結合流域水文模擬技術、不確定性分析技術、非一致性水文頻率分析方法分析氣候變化和人類活動對非一致性設計洪水的不確定性影響，從而得到非一致性峰量聯合設計值在指定概率下的不確定性區間，提高非一致性設計洪水結果的可靠性，為流域水資源規劃管理及防洪調度的決策者提供參考。

技術領域

本發明涉及流域設計洪水不確定性研究領域，具體涉及一種變化條件下非一致性設計洪水不確定性影響分析方法。

背景技術

目前針對變化條件下流域非一致性設計洪水的研究，往往未綜合考慮時間因子、氣候變化因子、人類活動因子對水文序列及設計洪水的非一致性的不確定性影響，或者未根據洪水特征的多變量性進行聯合分布分析，從而在綜合考慮各因子對非一致性設計洪水不確定影響方面未能系統研究。

發明內容

本發明旨在提供一種變化條件對流域非一致性設計洪水不確定性影響的分析方法，集合運用了非一致性水文頻率分析方法，不確定性分析方法，以時間因子、氣候變化因子、水庫調度因子為協變量，并將協變量的影響耦合到聯合分布函數的參數中，量化了這些因子對流域非一致性設計洪水的影響的不確定性，對綜合評估變化環境對流域設計洪水的影響、進一步研究變化環境下水文極值事件的演變規律及防洪適應性決策的提出有重大的理論價值和現實意義。

本發明提供了一種變化條件對流域非一致性設計洪水不確定性影響的分析方法，通過結合非一致性水文頻率分析方法和不確定性分析方法量化變化條件對流域徑流的不確定性影響。

所述的非一致性洪水頻率分析主要針對非一致性極值洪水序列進行，并獲得非一致性極值洪水序列的數學描述。

所述的非一致性極值洪水序列主要包含歷史、未來兩個時期，其中歷史時期AM來選取洪峰及相應洪量序列作為極值洪水序列；未來時期通過將多種氣候模式輸出的氣候情景集耦合率定好的SWAT水文模型獲得，將每種氣候情景集分別驅動SWAT模型，獲得不同氣候情景集下的未來時期的徑流過程，并用AM法選取極值洪水序列。

所述的SWAT水文模型屬于一個具有較強物理基礎的分布式水文模型，該模型能夠利用水文氣象、地理信息能基礎數據模擬復雜流域的水文過程輸出以日尺度的連續多年的模擬結果。

本地化構建的具體步驟如下：

(1)收集研究區域日降雨、徑流數據及日尺度氣象數據，包括氣溫、相對濕度、風速、日照時數等；地理信息數據包括DEM數據、土壤及土地利用分布圖；

(2)建模中，首先基于流域DEM生成水系，然后基于土壤和土地利用分布圖的二重編碼結果劃分水文響應單元；接著將氣象要素序列轉換為符合SWAT模型格式要求的數據，并輸入其中；最后通過參數敏感性分析率定模型的參數，從而獲得模擬徑流過程。

所述的非一致性極值洪水序列的數學描述主要指非一致性極值洪水序列分布函數的參數不再是常數，而是隨著協變量變化，協變量主要包括時間因子、氣候變化因子、水庫調度因子。在綜合考慮以上因子的基礎上，確定非一致性極值洪水序列的分布線型。

所述的非一致性極值洪水序列分布線型的確定主要通過構建廣義可加的參數時變統計模型(GAMLSS)，包含以下步驟：

(1)選擇協變量指標

分別以時間指標，氣候指標包括降雨，氣溫和水庫調度指標為協變量，水庫調度指標定義為：

其中A_i為水庫的控制流域面積，A_T為水文站的控制流域面積，S_i為水庫的防洪庫容，S_T為水文站的年徑流量。對于未來時期，除水文站年徑流量須由未來時期模擬徑流得到，其余變量和歷史時期一致，該指標能反映水庫防洪調度對流域徑流的影響。