[發明專利]流域輸沙量的模擬估算方法

在審

• 申請號: 202210329707.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114969655A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 李蓉蓉;熊立華
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06Q50/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

本發明提供一種流域輸沙量的模擬估算方法，包括：收集整理流域出口站的泥沙資料以及整個流域日降雨資料、流域內已建大中型水庫的控制面積與總庫容；識別對流域輸沙量起關鍵作用的有效雨量A和有效雨強I，計算流域水庫攔沙效率TE，建立有效雨量A和有效雨強I的聯合分布F_n并將其與TE耦合，構建耦合降雨的水庫攔沙指數RSTI；建立用于模擬輸沙量的多個線性回歸、非線性回歸模型；對多個線性、非線性回歸模型進行參數估計，比較不同模型的模擬效果并從中選取模擬效果最優且殘差最小的模型作為輸沙量模擬估算模型。本發明能夠準確描述降雨和水庫對輸沙量的耦合作用，解決了現有技術中只單獨考慮降雨和水庫對輸沙量影響而導致精度較差的問題。

技術領域

本發明屬于水文水資源的技術領域，具體涉及一種流域輸沙量的模擬估算方法。

背景技術

近幾十年來，隨著氣候變化和人類活動加劇，多數流域的河道輸沙量顯著減少。泥沙在河道演變、地形形成、生態環境發展等方面扮演著重要角色。泥沙主要來源于水流對地表的土壤侵蝕，其中以降雨侵蝕為主，人類活動尤其是水庫攔截作用使得下游河道輸沙量大幅減少。降雨一方面直接侵蝕地表產生泥沙，另一方面影響水庫的調度運行，因此分析降雨和水庫對泥沙的耦合作用對變化環境下輸沙量變化規律的探究及大中型水庫的建設運行等具有重要意義。

目前，對于輸沙量的歸因模擬通常考慮單個因子對輸沙量的影響，忽略掉了不同影響因子間的交互作用，同時輸沙量與影響因子間關系的構建多基于線性回歸模型。考慮到水文系統的非線性特征和影響因子間的交互作用，流域輸沙量的模擬估算方法需要進一步研究。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種流域輸沙量的模擬估算方法，能夠準確描述降雨和水庫對輸沙量的耦合作用，解決了現有歸因分析技術中只能單獨考慮降雨和水庫對輸沙量影響而導致的誤差較大的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種流域輸沙量的模擬估算方法，包括如下步驟：

步驟1：收集整理流域出口站的泥沙資料，以及整個流域日降雨資料、流域內已建大中型水庫的控制面積與總庫容；

步驟2：識別對流域輸沙量起關鍵作用的有效雨量A和有效雨強I，計算流域水庫攔沙效率TE，建立有效雨量A和有效雨強I的聯合分布F_n并將其與流域水庫攔沙效率TE耦合，構建耦合降雨的水庫攔沙指數RSTI；

步驟3：建立用于模擬輸沙量的多個線性回歸、非線性回歸模型，多個線性回歸、非線性回歸模型的協變量包括步驟2中的有效雨量A、有效雨強I、有效雨量、有效雨強聯合分布F_n、水庫攔沙效率TE以及水庫攔沙指數RSTI；

步驟4：對多個線性、非線性回歸模型進行參數估計，比較不同模型的模擬效果并從中選取模擬效果最優且殘差最小的模型作為輸沙量模擬估算模型。

進一步地，步驟2的具體過程如下：

步驟2.1：選定不同閾值水平的降雨強度TL計算相應雨量和雨強，然后基于皮爾遜相關選定與輸沙量最相關的雨量和雨強分別作為有效雨量A和有效雨強I；

步驟2.2：利用聯合不超過概率量化有效雨量和有效雨強對輸沙量的影響，基于經驗Copula構建有效雨量A和有效雨強I的聯合分布：

式中，F_n(a，i)是有效雨量A和有效雨強I的經驗聯合分布函數；n為樣本大小，A_j表示有效雨量的樣本，a為給定的某一雨量觀測值；I_j表示有效雨強的樣本，i為給定的某一雨強觀測值。

步驟2.3：根據收集到的流域大中型水庫的總庫容信息，計算流域水庫攔沙效率：