一种无资料地区的逐月径流系列推求方法与流程

1.本发明涉及水文学径流过程模拟技术领域，尤其涉及一种无资料地区的逐月径流系列 推求方法。


背景技术：

2.径流系列是水利工程确定规模和工程效益的重要基础。目前径流设计的主要方法有水 文比拟法、水文模型法。水文比拟法是以参证站的降雨径流为基础，采用降雨量将参证流 域的径流比拟至设计流域，本方法一般均以年降雨量或多年平均降雨量为统计参数进行比 拟，无法反应参证流域与设计流域的降雨月分配差异。现行水文模型种类较多，基本都是 基于水量平衡的产汇流模型，现行水文模型率定和径流计算一般需要降雨、蒸发、径流、 植被情况等多种资料，对资料要求较高，对于资料缺乏地区的工程设计适用性较差。
3.随着通信技术和自动化设备的发展，精确的水文数据获取更加便捷，基于此数据的水 文学产汇流理论研究更趋完善，但是对于资料缺乏地区的径流模拟研究仍然较少。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种无资料地区的逐月径流系列推求方法，从而解决现有技术中 存在的前述问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种无资料地区的逐月径流系列推求 方法，包括步骤如下：
6.s1，选取与设计流域产流特点相似的参证站流域；
7.s2，参证站流域降水资料整理为逐月降水系列，将参证站径流资料整理为逐月径流系 列；
8.s3，使用s2中整理的逐月降水系列和逐月径流系列，拟合模型参数，确定参证站流 域降雨径流模型；
9.s4，整理设计流域的降雨资料，统计为逐月降水系列；
10.s5，采用s3中确定的降雨径流模型、拟合的模型参数以及s4中的逐月降水系列，推 求设计流域的逐月径流系列。
11.优选，s1中选取的参证站流域与设计流域在下垫面条件、产汇流类型、气候特点特 征上存在相似性。
12.优选，s2中降水逐月系列为流域内的面平均降水系列，根据流域内雨量站使用算数 平均法或泰森多边形法计算，降雨、径流资料的同步系列长度在10年以上。
13.优选，s3参证站流域的降雨径流模型为：
14.w
蓄i
＝[w
蓄i-1
(p
i参-p
损
)*α
月
]*(1-k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]ri月＝
[w
蓄i-1
(p
i参-p
损
)*α
月
]*k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]
式中：w
蓄i
、w
蓄i-1
为第i月、第i-1月的月末流域存蓄水量；p
i参
为参证站流域第i月的 降水量；p
损
为月损失水量；α
月
为月径流系数；k为月退水系数；r
i月
为月径流量。
[0017]
优选，s3中拟合模型参数的方法为：
[0018]
s301，根据参数的物理意义及经验确定一个参数初始值，包括w
蓄i
、w
蓄i-1
、α
月
、k；
[0019]
s302，计算r
i月
，确定定量描述模型，r
i月
计算结果与实测流量拟合度的目标函数；
[0020]
s303，通过优化方法确定目标函数的最小值，得到模型参数α
月
、k，将其作为设计流 域降雨径流模型参数。
[0021]
优选，s302所述目标函数选择枯水期加权均方根误差函数、残差平方和函数、残差 绝对值函数或径流百分比误差函数，s303中，优化方法选择遗传算法或粒子群算法。
[0022]
优选，s4中逐月降雨系列为设计流域面平均降水系列，根据流域内雨量站使用算数 平均法或泰森多边形法计算。
[0023]
本发明的有益效果是：本发明提供的无资料地区的逐月径流系列推求方法，通过选取 参证站流域，整理参证站流域的降雨径流系列，建立参证站流域的产流模型，拟合参证站 流域的产流模型参数，使用参证站流域拟合的产流模型参数以及设计流域的逐月降水系 列，计算设计流域的逐月径流系列。所以，采用本发明提供的方法，可以在仅有逐月降雨 资料地区推求逐月径流系列。
附图说明
[0024]
图1为本发明提供的无资料地区逐月径流系列推求方法流程图。图2为本发明实测与模拟过程对比图。图3为本发明设计流域生成的径流过程图。
具体实施方式
[0025]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图附表，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0026]
如图1所示，本发明涉及一种无资料地区的逐月径流系列推求方法，包括步骤如下：
[0027]
s1，选取与设计流域产流特点相似的参证站流域：分析设计流域附近的参证站分布情 况，选取下垫面条件、产汇流类型、气候特点等与设计流域类似的参证站流域。
[0028]
s2，参证站流域降水资料整理为逐月降水系列，将参证站流域径流资料整理为逐月径 流系列：收集参证站流域水文站以上的雨量站资料，采用算数平均法或泰森多边形法计算 参证站流域的面平均降水量，并整理为逐月降水系列。将参证站流量资料整理为逐月平均 流量系列。
[0029]
s3，使用s2中整理的逐月降水系列和逐月径流系列，拟合模型参数，确定参证站流 域降雨径流模型：建立参证站流域的降雨径流模型，根据参数的物理意义及经验确定一个 参数初始值，确定定量描述模型计算结果与实测流量拟合度的目标函数；通过优化方法确 定目标函数的最小值，确定模型参数。
[0030]
s4，整理设计流域的降雨资料，统计为逐月降水系列：收集设计流域的雨量站资料， 采用算数平均法或泰森多边形法计算设计流域的面平均降水量，并整理为逐月降水系列。
[0031]
s5，采用s3中确定的降雨径流模型、拟合的模型参数以及s4中的逐月降水系列，推 求设计流域的逐月径流系列：采用参证站流域确定的产汇流模型和模型参数，使用设计流 域的逐月降水量系列生成逐月径流系列。
[0032]
具体地说，s1中选取的参证站流域与设计流域在下垫面条件、产汇流类型、气候特 点特征上存在相似性。
[0033]
具体地说，s2中降水逐月系列为流域内的面平均降水系列，根据流域内雨量站使用 算数平均法或泰森多边形法计算，降雨、径流资料的同步系列长度在10年以上。
[0034]
具体地说，s3参证站流域的降雨径流模型为：
[0035]w蓄i
＝[w
蓄i-1
(p
i参-p
损
)*α
月
]*(1-k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0036]ri月＝
[w
蓄i-1
(p
i参-p
损
)*α
月
]*k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0037]
式中：w
蓄i
、w
蓄i-1
为第i月、第i-1月的月末流域存蓄水量；p
i参
为参证站流域第i月的 降水量；p
损
为月损失水量；α
月
为月径流系数；k为月退水系数；r
i月
为月径流量。
[0038]
具体地说，s3中拟合模型参数的方法为：
[0039]
s301，根据参数的物理意义及经验确定一个参数初始值，包括w
蓄i
、w
蓄i-1
、α
月
、k；
[0040]
s302，确定定量描述模型r
i月
计算结果与实测流量拟合度的目标函数；
[0041]
s303，通过优化方法确定目标函数的最小值，得到模型参数α
月
、k，将其作为设计流 域降雨径流模型参数。
[0042]
具体地说，所述目标函数选择枯水期加权均方根误差函数、残差平方和函数、残差绝 对值函数或径流百分比误差函数，s303中，优化方法选择遗传算法或粒子群算法。
[0043]
具体地说，s4中逐月降雨系列为设计流域面平均降水系列，根据流域内雨量站使用 算数平均法或泰森多边形法计算。
[0044]
具体实施例
[0045]
本实施例是几内亚一工业园区供水项目水源工程设计径流计算，以说明本发明的效 果。
[0046]
工程位于几内亚博法省杜鲁普市，拟定坝址位于khissilin河上，邻近的博法河上有 bindan水文站，观测资料为1971-1985年。
[0047]
步骤一：选取邻近的bindan水文站以上流域为参证站流域。
[0048]
步骤二：参证站以上流域降水采用美国(noaa climate prediction center)1971-1985 年逐日降水量数据整理为逐月面平均降水量系列，见表1。将bindan站的逐日径流系列 整理为逐月平均流量系列，见表2。
[0049]
表1 参证流域降水量 单位：mm
＝2208mm，多年平均径流深r
参
＝656mm，统计α
参
为0.29；拟定p
损
、α
月
、k及初始的w
蓄i
、 w
蓄i-1
，通过模型拟定参证流域的逐月径流量，拟合径流过程中使统计的多年平均径流系 数为0.29，并通过不断调整k，使得模拟径流过程与实测径流过程误差最小，其中α
月
的 取值范围为[0,1]，p
损
根据流域下垫面特征，取值在[50,150]，最终考虑拟合径流过程与 实测径流过程匹配较好时，确定p
损
＝131mm，α
月
＝0.49，k＝0.56。径流设计中关注枯水期， 参数拟合中着重关注枯水期的模拟效果。拟合效果见图2。
[0055]
步骤四：设计流域面降水系列采用美国(noaa climate prediction center)1971-1985 年逐日降水量数据整理为逐月面平均降水量系列。整理的逐月降水系列见表3。
[0056]
表3 设计流域降雨量 单位：mm
[0057]
年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197100035819629311335372487520197200019033035147048445758519730001616626072771959117787171974080043180866950542185110519750001463265796883650413145197601081164928359405193791885197700034132889099345022805197800016146212102510086302552714197900014338667267843429020131980020132941083190736910133141981005619923483573049223413719820005532596261060338312335198301201303057327023921772881984000181592564243952961839351985000222356428748499343434
[0058]
步骤五：采用步骤三确定的参数和模型以及步骤五的逐月降水系列，生成设计流域的 逐月径流系列，见表4、图3。
[0059]
表4 设计流域径流深 单位：mm
[0060]
年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197118.18.03.51.50.718.052.3298.0242.4138.861.126.9197211.85.22.31.00.454.884.5130.2154.1157.369.230.4197313.45.92.61.110.139.7181.1240.9232.1114.850.522.219749.84.31.90.80.413.5207.5316.1252.0125.555.224.3197510.74.72.10.90.436.9198.8293.9271.7197.086.738.1197616.87.43.21.40.699.4236.8326.3250.0178.294.041.4197718.28.03.51.50.754.4232.2338.7236.6130.657.525.3197811.14.92.20.94.624.2256.0353.3292.4162.771.631.5197913.96.12.71.20.570.3179.3228.9183.8124.454.724.1198010.64.72.10.90.476.7225.8312.3202.889.239.317.3
19817.63.31.50.619.136.6209.3256.6212.0121.653.523.5198210.44.62.00.90.435.2151.5321.5198.3136.960.326.5198311.75.12.31.00.448.1186.1238.6176.590.239.717.519847.73.41.50.78.037.797.1115.096.056.624.910.919854.82.10.90.40.261.8108.8217.1196.6144.663.628.0
[0061]
所以，采用本发明提供的方法，在设计流域资料较少，无径流资料的情况下，可以推 求设计流域的逐月径流系列。
[0062]
通过采用本发明公开的上述技术方案，本发明通过选取参证站流域，整理参证站流域 的降雨径流系列，建立参证站流域的产流模型，拟合参证站流域的产流模型参数，使用参 证站流域拟合的产流模型参数以及设计流域的逐月降水系列，计算设计流域的逐月径流系 列。所以，本发明提供的方法，可以在仅有逐月降雨资料地区推求逐月径流系列。
[0063]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视 为本发明的保护范围。