本發(fā)明涉及水文，尤其是涉及一種考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法。

背景技術(shù)：

1、山區(qū)小流域往往位置偏遠(yuǎn)，較難布設(shè)數(shù)量足夠的水文監(jiān)測站實(shí)現(xiàn)水位、流量多要素監(jiān)測，難以在每個(gè)山區(qū)小流域中獲得足夠的水文觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)模型參數(shù)方案編制，導(dǎo)致無資料山區(qū)小流域的洪水模擬精度通常較低，不利于偏遠(yuǎn)山區(qū)流域洪水快速預(yù)報(bào)的廣泛開展，對(duì)防洪安全帶來巨大隱患。

2、目前，對(duì)于無資料山區(qū)小流域的洪水預(yù)報(bào)模型參數(shù)方案構(gòu)建，通常采用鄰近流域參數(shù)移植的方法，該方法早在無資料地區(qū)的附近找一個(gè)已知參數(shù)方案的流域，將無資料地區(qū)的參數(shù)方案與已知的參數(shù)方案保持一致。然而不同流域的下墊面特征必然會(huì)存在差別，簡單的參數(shù)移植方法忽略了影響參數(shù)的下墊面地理特征，因此難以提高海量山區(qū)小流域洪水預(yù)報(bào)精度，制約了山區(qū)流域洪水預(yù)報(bào)能力的提升。

3、針對(duì)以上不足，如何在海量山區(qū)小流域內(nèi)采用經(jīng)濟(jì)有效而且科學(xué)合理的方式，實(shí)現(xiàn)考慮流域下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)空間分布推衍，支撐無資料山區(qū)流域內(nèi)洪水科學(xué)預(yù)報(bào)，正是需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了避免上述問題，提供了一種考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，具有數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定可靠、計(jì)算效率高、結(jié)果客觀合理等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

2、本發(fā)明提供的一種考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，包括如下步驟：

3、步驟1，選取若干降雨徑流觀測數(shù)據(jù)較為豐富的典型流域，得到各個(gè)典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)wm；

4、步驟2，統(tǒng)計(jì)各個(gè)典型流域的下墊面地理特征因子，篩選得到對(duì)土壤蓄水容量參數(shù)影響顯著的下墊面地理特征因子；

5、步驟3，基于篩選出的下墊面地理特征因子，擬合得到下墊面地理特征因子與土壤蓄水容量參數(shù)的關(guān)系函數(shù)f；

6、步驟4，提取典型流域周邊無資料流域的下墊面地理特征因子，利用關(guān)系函數(shù)f得到無資料流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的空間分布推衍。

7、優(yōu)選地，下墊面地理特征因子包括：流域平均坡度sc、土壤厚度st、砂粒含量sd、粉粒含量ss、粘粒含量sy。

8、優(yōu)選地，步驟1具體包括：

9、1.1基于數(shù)字高程數(shù)據(jù)提取水系，識(shí)別主干河道；

10、1.2在主干河道周圍選取若干降雨徑流觀測數(shù)據(jù)較為豐富的典型流域；

11、1.3利用智能優(yōu)化方法率定得到各個(gè)典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)。

12、優(yōu)選地，步驟1.2具體為：摸底調(diào)查降雨、水文觀測站網(wǎng)分布及水雨情觀測數(shù)據(jù)序列長度，選擇具有逐小時(shí)水雨情觀測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)序列長度超過3年的若干典型流域，并且各個(gè)典型流域沿主干河道從上游至下游、在主干河道左右兩岸均勻分布。

13、優(yōu)選地，步驟1.3具體為：在典型流域中構(gòu)建蓄滿產(chǎn)流模型，基于具有3年長度的水雨情觀測數(shù)據(jù)，利用合作優(yōu)化算法在各個(gè)典型流域中開展蓄滿產(chǎn)流模型參數(shù)優(yōu)化率定，得到各個(gè)典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)。

14、優(yōu)選地，步驟2具體包括：

15、2.1統(tǒng)計(jì)各典型流域下墊面特征因子：流域平均坡度sc、土壤厚度st、砂粒含量sd、粉粒含量ss、粘粒含量sy；

16、

17、式中，si、st，i、sd，i、ss，i、sy，i分別為流域內(nèi)每個(gè)柵格單元的坡度、土壤厚度、砂粒含量、粉粒含量、粘粒含量；n為流域內(nèi)柵格單元的個(gè)數(shù)；

18、2.2計(jì)算典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)與下墊面特征因子之間的相關(guān)性系數(shù)γ：

19、

20、式中：表示流域土壤蓄水容量wm和θi之間的相關(guān)性系數(shù)，θi代表變量sc、st、sd、ss、sy，i為變量的編號(hào)；e為數(shù)學(xué)期望計(jì)算函數(shù)；

21、2.3將的絕對(duì)值從大到小排序，選取排在前三位的流域下墊面特征作為影響土壤蓄水容量參數(shù)的主要因子。

22、優(yōu)選地，步驟3具體包括：

23、3.1初步擬合3個(gè)主要的下墊面地理特征因子與土壤蓄水容量參數(shù)的關(guān)系函數(shù)f1：

24、式中：分別為影響土壤蓄水容量的3個(gè)主要的下墊面地理特征因子；

25、3.2利用函數(shù)f1計(jì)算得到典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)，將計(jì)算得到的土壤蓄水容量參數(shù)由小到大排序，得到序列l(wèi)c，將優(yōu)化率定得到的土壤蓄水容量參數(shù)由小到大排序，得到序列l(wèi)e：

26、lc＝{wm，1，wm，2…wm，k…wm，k}，

27、le＝{wm，1，wm，2…wm，r…wm，k}；

28、式中：wm，k表示編號(hào)為k的典型流域，k從1到k，k為典型流域個(gè)數(shù)；wm，r表示編號(hào)為r的典型流域，r從1到k；

29、3.3若序列l(wèi)c與序列l(wèi)e中位于同一次序的土壤蓄水容量參數(shù)對(duì)應(yīng)的典型流域相同，即任意一個(gè)k均與r相同，表示同一個(gè)典型流域，則將函數(shù)f1確定為下墊面地理特征因子與土壤蓄水容量參數(shù)的關(guān)系函數(shù)f；

30、若序列l(wèi)c與序列l(wèi)e中位于同一次序的土壤蓄水容量參數(shù)對(duì)應(yīng)的典型流域不同，則調(diào)整得到序列l(wèi)e′和lc′，重新進(jìn)行步驟2.1至步驟3.1之間的操作，直至函數(shù)f1′確定為下墊面地理特征因子與土壤蓄水容量參數(shù)的關(guān)系函數(shù)f。

31、優(yōu)選地，序列l(wèi)e′和lc′的獲取方法如下：選取一場前期長時(shí)間干旱的強(qiáng)降雨過程，以降雨量p為縱軸，以產(chǎn)流量r為橫軸，點(diǎn)繪逐時(shí)段的p～r散點(diǎn)圖，尋找經(jīng)過p～r散點(diǎn)、斜率為1的直線在縱軸上的截距v，按v值由小到大的順序重新調(diào)整le和lc中的土壤蓄水容量參數(shù)排序，得到le′和lc′，使兩個(gè)序列中各個(gè)典型流域的土壤蓄水容量參數(shù)的排序相同。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供的一種考慮流域下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)空間分布推衍方法，以影響山區(qū)小流域土壤蓄水容量參數(shù)的物理因子為基礎(chǔ)，結(jié)合了智能算法實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)土壤蓄水容量參數(shù)的優(yōu)化率定，合理量化了流域下墊面地理特征對(duì)于土壤蓄水容量參數(shù)的影響。這樣既保證了計(jì)算結(jié)果的精度與可靠性，同時(shí)解決了考慮流域下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)空間分布推衍的難題。且本方法主要應(yīng)用流域數(shù)字高程模型和智能算法，數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定可靠，方法中變量之間的函數(shù)關(guān)系明確，有利于考慮流域下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)空間分布推衍，同時(shí)保證了結(jié)果的客觀合理性，可以進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字水文學(xué)的深入發(fā)展以及山區(qū)防洪能力的快速提升。

技術(shù)特征：

1.一種考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：下墊面地理特征因子包括：流域平均坡度sc、土壤厚度st、砂粒含量sd、粉粒含量ss、粘粒含量sy。

3.如權(quán)利要求1中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：步驟1具體包括：

4.如權(quán)利要求3中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：步驟1.2具體為：摸底調(diào)查降雨、水文觀測站網(wǎng)分布及水雨情觀測數(shù)據(jù)序列長度，選擇具有逐小時(shí)水雨情觀測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)序列長度超過3年的若干典型流域，并且各個(gè)典型流域沿主干河道從上游至下游、在主干河道左右兩岸均勻分布。

5.如權(quán)利要求4中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：步驟1.3具體為：在典型流域中構(gòu)建蓄滿產(chǎn)流模型，基于具有3年長度的水雨情觀測數(shù)據(jù)，利用合作優(yōu)化算法在各個(gè)典型流域中開展蓄滿產(chǎn)流模型參數(shù)優(yōu)化率定，得到各個(gè)典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)。

6.如權(quán)利要求1中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：步驟2具體包括：

7.如權(quán)利要求6中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：步驟3具體包括：

8.如權(quán)利要求7中所述的考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其特征在于：序列l(wèi)e′和lc′的獲取方法如下：選取一場前期長時(shí)間干旱的強(qiáng)降雨過程，以降雨量p為縱軸，以產(chǎn)流量r為橫軸，點(diǎn)繪逐時(shí)段的p～r散點(diǎn)圖，尋找經(jīng)過p～r散點(diǎn)、斜率為1的直線在縱軸上的截距v，按v值由小到大的順序重新調(diào)整le和lc中的土壤蓄水容量參數(shù)排序，得到le′和lc′，使兩個(gè)序列中各個(gè)典型流域的土壤蓄水容量參數(shù)的排序相同。

技術(shù)總結(jié)
一種考慮下墊面地理特征的土壤蓄水容量參數(shù)推衍方法，其包括如下步驟：步驟1，選取若干降雨徑流觀測數(shù)據(jù)較為豐富的典型流域，得到各個(gè)典型流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)W<subgt;M</subgt;；步驟2，統(tǒng)計(jì)各個(gè)典型流域的下墊面地理特征因子，篩選得到對(duì)土壤蓄水容量參數(shù)影響顯著的下墊面地理特征因子；步驟3，基于篩選出的下墊面地理特征因子，擬合得到下墊面地理特征因子與土壤蓄水容量參數(shù)的關(guān)系函數(shù)F；步驟4，提取典型流域周邊無資料流域的下墊面地理特征因子，利用關(guān)系函數(shù)F得到無資料流域內(nèi)的土壤蓄水容量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的空間分布推衍。本發(fā)明方法具有數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定可靠、計(jì)算效率高、結(jié)果客觀合理等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

技術(shù)研發(fā)人員：陳瑜彬,鮑正風(fēng),童冰星,曹輝,許銀山,翟少軍,楊雁飛,任玉峰,秦洪亮,馬一鳴,楊欣玥,崔震,陳晨,陳天鵬,蒯沐欽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長江水利委員會(huì)水文局
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19