[发明专利]一种城市内河水文监测站点优化布设方法

说明书

本发明涉及一种城市内河水文监测站点优化布设方法，以新增站点与已有站点间信息差异性大小判断新增站点是否保留，优化布点位置，得到初步优化方案，通过计算不同站点数量所能获取的信息总量，根据以最少站点数量获取最大信息总量为原则，进一步优化监测站点数量及位置，得到最佳城市内河水文监测站点布设方案，为设计人员或决策者提供理论依据。本发明能够科学地优化监测站点的布设数量与位置。

技术领域

本发明涉及城市内河水文监测技术领域，特别是一种城市内河水文监测站点优化布设方法。

背景技术

近年来，受全球气候变化影响，暴雨、特大暴雨等极端天气频发，加之城市不透水面积不断增加、排水防涝等基础设施建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力不足，城市内涝成为影响城市正常生产生活最严重的灾害之一。因此，城市内涝防治成为城市管理者与居民最重视、最关切的工作之一。

城市内涝防治，无论是工程建设方案，还是非工程措施方案，都必须在获取大量的城市水文监测数据，全面分析城市水文物理规律的前提条件下科学制定，因此，城市水文数据监测是城市内涝防治工作的关键性基础。而目前，城市内河水文监测系统建设发展严重滞后，绝大多数城市尚未建立科学完备的城市内河水文监测系统。近年来，随着内涝防治工作的深入，部分城市开始逐渐探索建立城市内河水文监测系统。

然而，城市内河水文监测站点布设技术发展严重滞后于流域型河道水文监测站点布设技术，已发布的《城市水文监测与评价分析技术导则》(SL/Z 572-2014)等相关技术规范与导则仅提出水文监测站点布设原则，不同城市水文条件差异较大。城市内河水文监测站点布设数量与位置常依赖于设计人员或管理部门的经验判断，主观性较强，无法在监测设备投入前判断布点数量与位置是否既满足数据获取需求，由于监测设备成本较高，常导致人力物力的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种城市内河水文监测站点优化布设方法，能够科学地优化监测站点的布设数量与位置。

本发明采用以下方案实现：一种城市内河水文监测站点优化布设方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：设计城市内河水文布设初步方案，设初步方案布点n个，分别为{X₁,X₂,…,X_n}；

步骤S2：耦合城市二维地形、雨水管网、内河，构建城市水文数值模拟模型，进行参数率定，使模型计算误差控制在允许范围内，获取各监测站点包括水位、流量在内的数据的长时间序列，设序列长度为m，即每个长序列包含m个特征值，以水位为例，各监测站点水文序列集为：

式中，n为监测站点数量，m为每个监测站点水位值数量，设X_i表示由m个水位值组成的第i个监测站点水位序列向量；

步骤S3：选取第1个保留监测站点，新增1个站点，计算新增站点X_t与保留站点X_k之间的水文特征差异性D(X_t,X_k)；

步骤S4：判断新增站点的合理性，若合理，保留该监测站点，作为保留站点，若不合理，去除该监测站点，保留站点群维持不变；

步骤S5：逐个遍历新增站点，重复步骤4，直至初步方案中n个监测站点均作为新增站点完成步骤4的筛选，得到城市内河监测站点布设初步优选方案，设经过初步优选后保留站点序列为{X₁,X₂,…,X_l}(1≤l≤n)；

步骤S6：计算不同站点布设数量及站点组合所能获取的信息总量，包括单点的信息量及该站点与其他站点的关系信息量，与其他站点间关系信息量越大，说明站点间关系越紧密，该站点代表性越高，以此对步骤S5得到的保留站点序列的数量及位置进一步优化；