[发明专利]基于瞬时单位线的流域地下水平均响应时间估计方法

说明书

本发明公开了一种基于瞬时单位线的流域地下水平均响应时间估计方法，属于地球物理科学门类的水文科学类。本发明针对现行的基于水化学信息进行流域水分平均响应时间评估方法存在的数据采集、分析成本高、适用性差等问题，基于流域常规观测资料，在广义似然不确定性估计GLUE框架下，联合率定用于基流分割的数字滤波参数和描述基流输入输出响应关系的瞬时单位线的参数，利用瞬时单位线的一阶原点矩估计流域地下水平均响应时间。本发明的方法简单、高效，降低了流域地下水平均响应时间的估计成本，提高了水文观测资料的利用效率。

技术领域

本发明属于地球物理下水文分支技术领域，具体涉及一种基于瞬时单位线的流域地下水平均响应时间估计方法。

背景技术

流域地下水平均响应时间是地下水文过程的重要参数之一，它表明了流域内不同位置某一特定时刻进入流域的降水补给在流域出口流量过程得到响应所需的时间。它综合反映了流域尺度水文过程中的水分分配、存储及释放特征。参数非常重要，目前主要利用降水及径流中同位素等水化学信息，利用输入、输出通量中相关示踪剂的变化，估计径流平均响应时间。这一方法需要大量数据信息，且信息采集、分析成本很高。同时，该方法由于流域出口流量是地表、地下水多水文过程混合结果，所估计的流域平均响应时间是地表地下多个过程的混合，对于流域地下水文过程而言，这种方法的估计结果存在偏差。为此需要发展操作更为简单、成本更为低廉，且更为准确的流域地下水平均响应时间的估计方法。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于瞬时单位线的流域地下水平均响应时间估计方法，克服现有技术成本过高的不足，提高现有水文观测资料的利用效率，降低现有流域水文平均响应时间的估计成本。

本发明采用如下技术方案，基于瞬时单位线的流域地下水平均响应时间估计方法，基于水文常规观测资料日平均径流量，通过利用Lyne and Hollick(LH)数字滤波方法，划分流域基流过程，基于GLUE分析框架，比照利用基流序列和流域瞬时单位线参数估计获得的基流过程自相关函数，以效率系数NSE为似然函数，联合率定数字滤波参数α及流域瞬时单位线参数N和K，进而利用流域瞬时单位线的一阶原点矩估计流域地下水平均响应时间，图1为本发明的流程图，具体步骤如下：

(1)获取研究流域的径流观测资料，得到连续日平均径流量序列Q；

(2)划分流域基流过程，基于基流过程计算基流过程相应的自相关函数r(τ)，τ为滞时；

(3)用流域瞬时单位线IUH描述输入量降水补给与输出量基流过程的响应关系，并基于瞬时单位线IUH的参数得到相应基流过程的自相关函数ρ(τ)，流域瞬时单位线G(t)的数学表达式为

其中，N为线性水库个数，K为流域蓄量常数，t为降水补给发生的时间，Γ(N)为Gamma函数；

(4)对比分析步骤(2)和(3)中得到的自相关函数r(τ)和ρ(τ)的一致性，对未知参数进行联合率定；

(5)基于似然不确定性估计GLUE分析框架，设定纳什效率系数NSE阈值，利用流域瞬时单位线的一阶原点矩确定流域地下水平均响应时间。

优选地，在步骤(1)中，所述序列的时间长度大于5年。

优选地，在步骤(2)中，划分流域基流过程，计算基流过程相应的自相关函数，具体步骤为：

a)利用数字滤波器进行基流分割，公式为