[發明專利]一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法

在審

• 申請號: 202210180686.1
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114722694A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳文君;賀斌;蘇慧;曾岳;馬樂軍;徐尚瑜
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F111/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

1.一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取流域內的基礎數據和水文氣象數據，對原始HSPF模型的參數進行初步率定；

S2、構建水塘水量平衡方程，如下：

其中ΔH_pond為水塘蓄水量變化值，P為塘面接收降雨量，E為水面蒸發速率，H_pump為抽水用水消耗量；H_catch為水塘自身匯水區的入流流量；H_{l,in_cover}為水塘通過第l個入流暗管增加匯水面積而獲得的入流流量，l＝1,2,…,L，L為水塘入流暗管的總數量；H_{m,out_cover}為水塘通過第m個出流暗管出流的流量，m＝1,2,…,M，M為水塘出流暗管的總數量；H_{n,in_open}為水塘通過第n個溝渠而獲得的入流流量，n＝1,2,…,N，N為水塘入流溝渠的總數量；H_ground為淺層地下水滲透補給量；H_{out_open}為水塘通過溝渠實現的出流總流量；R為流入河道的水量比例，r_k為通過溝渠流入下游第k個水塘的水量比例，k＝1,2,…,K，K為由溝渠連通的下游水塘數量；e為是蒸發、側滲損失量；

S3、以完成初步率定的原始HSPF模型為基礎，將HSPF中水塘水量平衡方程表征的水體模擬模塊RCHRES與陸面水量平衡模塊PWATER集成，形成初始流域水文模型，具體步驟為：

S31、將子流域、土地利用、土壤類型數據、水塘和所述水塘匯水區范圍，作為HSPF默認陸面單元劃分的輸入條件，對流域進行空間離散化；

S32、對流域內每個水塘建立入流暗管、出流暗管、溝渠的連接關系；

S33、對各個子流域內水塘匯水區以外的范圍，和整個流域的水文過程采用默認的HSPF-PWATER模擬；對子流域內部的水塘采用水塘水量平衡方程表征的水體模擬模塊RCHRES模擬；

S4、對初始流域水文模型中的參數R和r_k進行率定，得到最終流域水文模型，進行面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬。

2.根據權利要求1所述的流域水文模擬方法，其特征在于，所述步驟S4采用非支配排序遺傳算法，從源頭子流域開始，依次求解流域范圍內上游至下游各水塘流入河道的水量比例R和通過溝渠流入下游第k個水塘的水量比例r_k；

所述非支配排序遺傳算法中種群規模為Sum；通過野外調查估計R的最大值R_max和最小值R_min，估計r_k的最大值r_kmax和最小值r_kmin；根據如下條件確定個體初始值分布范圍：

R_min≤R≤R_max,r_kmin≤r_k≤r_kmax且

在個體初始值分布范圍內以均勻分布選取Sum個點，以第s個點的坐標作為種群中第s個個體的初始取值，s＝0,1,…,Sum-1；

所述非支配排序遺傳算法中個體適應度F為：

其中f_watershed為流域出口流量的均方根誤差，f_pond為水塘水位的均方根誤差，f_stream為常年輸水溝渠流量的均方根誤差；和分別為第q次實測與模擬的流域出口流量，Q為流域流量的總觀測與模擬次數；和分別為流域內第a個水塘第b次實測與模擬水位，A為流域內的水塘總數，B為水位的總觀測與模擬次數；和分別為流域內第c條溝渠第d次實測與模擬流量，C為流域內溝渠總條數，D為溝渠流量的總觀測與模擬次數；

種群個體間支配與非支配排序按照從源頭至下游的原則排序，每次迭代在種群個體初始值的基礎上，以百分比ε₀為幅度調整個體取值。