[发明专利]基于情景驱动的水文模型自由组建策略方法

说明书

本发明公开了一种基于情景驱动的水文模型自由组建策略方法，步骤为：1)形成目标流域的图层数据、拓扑结构和降雨蒸发数据；2)确定目标流域的产流模型、坡面汇流模型和河道汇流模型；3)洪水摘录；4)参数率定；5)验证；6)依次进行产流计算、坡面汇流计算、河道汇流计算，直至演算至目标断面，得到目标流域流量过程。本发明解决传统模型建模方式中各计算单元上的产汇流模型单一性问题，将水文模型搭建需要的地理空间数据处理软件、模型软件、模型参数率定工具集成，对各计算单元进行产汇流模型的自由搭配和组合，用户可以依据模拟的实际需要选择，提高建模效率。

技术领域

本发明涉及水利信息技术领域，具体指一种基于情景驱动的水文模型自由组建策略和方法。

背景技术

流域水文模型是水文科学与计算机科学相结合的产物，是信息革命造就的水文科学中的一个具有勃勃生机的研究领域。半个多世纪以来，出现了大量描述流域水循环过程的水文模型，目前全世界有一定使用价值的流域水文模型至少有70个之多，并且得到了越来越广泛的应用，其在水文预报及分析模拟中扮演的角色也越来越重要。在防洪减灾中，流域水文模型是实时洪水预报的核心，是提高洪水预报精度和增长预见期的关键技术。在水资源可持续利用中，流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的技术理论基础。在水环境保护和水生态系统修复中，流域水文模型是构建面源污染模型和生态评价模型的关键驱动。此外，流域水文模型还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水土流失、水资源和水环境影响的重要工具。

流域水文模型是现代水文学最重要的研究应用领域，经过多年的演变发展，结合空间地理信息技术和计算机技术的不断创新，已经从经验模型、概念性集总模型逐步发展到基于物理基础的分布式水文模型。经验模型的发展主要集中在19世纪后期至20世纪50年代之间，代表性模型包含降雨径流相关图模型、相应水位(或流量)模型、单位线模型等；从20世纪50年代开始，概念性集总模型迅速发展，美国斯坦福模型(1966年)，萨克拉门托模型(1971年)、日本TANK模型(1951年)和华东水利学院(现为河海大学)提出的新安江模型(1973年研制，1980年发表)；20世纪90年代，计算机技术、GIS、遥感技术和雷达技术的迅速发展，为流域分布式水文模型的发展和应用提供了技术基础。

然而，现有流域水文模型构建和计算方式具有以下局限性：

1)在选择产汇流模型时，由于现有水文模型往往以单一方式存在，无法同时满足不同气候及下垫面条件下的水文计算需求；

2)在模型搭建过程中，由于该过程涉及多个软件(如ArcGIS、Excel等)之间及软件与模型之间的数据传递和处理，因此，在一个全新流域进行模型搭建时，往往受到这些外部工具因素的制约，模型的通用性、数据的正确性得不到有效保证；

3)在模型搭建过程中，对同一流域各计算单元上的产汇流模型只能进行统一设置，用户很难依据模拟的实际需要，对各计算单元进行产汇流模型的自由搭配和组合；

4)模型搭建过程中间步骤较多，不同模型的步骤各不相同，缺少成熟完善的智能引导技术方案，容易影响模型搭建的合理性、准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种通用性强、能够灵活配置各计算单元上的产汇流模型的基于情景驱动的水文模型自由组建策略方法。

本发明提出的一种基于情景驱动的水文模型自由组建策略方法，包括如下步骤：

1)收集和整理目标流域在水文模拟过程中所需的基础数据，并根据水文特征、地形特征、拓扑结构、土壤特征进行预处理，形成目标流域的图层数据、拓扑结构和水文气象(流量、水位、降雨、蒸发等)数据；

2)确定目标流域的产流模型、坡面汇流模型和河道汇流模型，其中产流模型可选择流域概念性集总水文模型或者流域分布式水文模型；

3)根据目标流域的水文气象数据选取代表性洪水过程，形成洪水摘录率定数据和洪水摘录验证数据；