[发明专利]基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法

说明书

本发明涉及水库防洪安全设计技术领域，公开了基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法，通过收集研究流域的日降水、气温、风速、相对湿度、日照时长、实测蒸散发及多年长序列观测资料，建立流域水热耦合平衡方程，分析流域年均下垫面特征参数；依据水热耦合平衡方程推求非一致性条件下洪水单变量分布函数；基于洪水峰量相关结构的非一致性特征，采用Gumbel‑Hougaard Copula(G‑H Copula)方法建立非一致性条件下的洪峰‑洪量联合概率分布函数，求取非一致性条件下设计洪水峰量设计值。本发明能够充分考虑气候变化和人类活动对洪水特征的影响，同时采用洪峰‑洪量最可能组合模型，为变化环境下非一致性水库两变量设计洪水的推求提供重要且可行的参考依据。

技术领域

本发明涉及水库防洪安全设计技术领域，具体涉及基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法。

背景技术

设计洪水是确定水利水电工程建设规模及制定运行管理策略的重要依据，对指导水库运行调度和水资源综合规划利用具有重要意义。我国传统的设计洪水计算一般假定水文系列服从一致性，且采用峰量同频率组合法来确定设计值。同频率组合法未能充分挖掘水文事件的内在规律，难以科学评估洪水风险。此外，由于气候变化及人类活动的影响，使得下垫面条件发生改变，影响了水文循环过程，改变了不同时期水文极值(如洪水)的时空分布规律，如何推求变化环境下的自适应设计洪水成为当前的研究难点。

为了解决以上问题，授权号为ZL201510106099.8的发明专利公开了基于多变量条件最可能组合推求设计洪水的方法，该专利基于Copula函数和单变量条件重现期提出了多变量条件最可能组合法，克服了传统同频率假设的局限，但该发明仍然假定水文系列服从一致性条件。授权号为ZL201610111489.9的发明专利公开了一种自适应气候变化的水库多变量设计洪水推求方法，该方法采用全球气候模式、统计降尺度模型和水文模型，考虑了未来气候变化情景下的设计洪水最可能组合模式，也未能考虑变化环境对洪水边缘分布以及相关性结构的影响。

水热平衡方程Budyko公式充分考虑区域的水量平衡和能量平衡，能够较好地反映区域下垫面条件和产汇流特征，近年来广泛应用于研究流域水循环过程。但是，目前应用Budyko公式开展变化环境下非一致性两变量设计洪水计算的研究未见文献报道。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法，能够充分考虑气候变化和人类活动对洪水特征的影响，同时采用洪峰-洪量最可能组合模型，为变化环境下非一致性水库两变量设计洪水的推求提供重要且可行的参考依据。

为了实现上述目的，本发明提供了基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法，包括如下步骤：

1.基于水热耦合平衡的非一致性两变量设计洪水推求方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、基础气象水文数据采集与取样：收集流域的日降水、气温、风速、相对湿度、日照时长、实测蒸散发及控制水文站流量的多年长序列观测资料，从中统计年最大洪峰、年最大7日径流量、饱和水气压、实际水气压、地表净辐射、土壤热通量、干湿表常数；

步骤2、基础数据处理：采用Budyko公式的特征参数作为解释变量，建立流域水热耦合平衡方程，获取流域时变下垫面特征参数年均序列；包括以下子步骤：

2a：通过彭曼公式计算潜在蒸散量PET，再通过水量平衡方程获取流域实际蒸散发ET；所述彭曼公式为：

所述水量平衡方程为ET＝P-R，P为实际降水量，R为实测径流量；