[发明专利]变化条件下流域非一致性设计洪水的不确定性分析方法

说明书

本发明公开了一种变化条件下流域非一致性设计洪水的不确定性分析方法。主要包括：通过结合流域水文模拟技术、不确定性分析技术、非一致性水文频率分析方法分析气候变化和人类活动对非一致性设计洪水的不确定性影响，从而得到非一致性峰量联合设计值在指定概率下的不确定性区间，提高非一致性设计洪水结果的可靠性，为流域水资源规划管理及防洪调度的决策者提供参考。

技术领域

本发明涉及流域设计洪水不确定性研究领域，具体涉及一种变化条件下非一致性设计洪水不确定性影响分析方法。

背景技术

目前针对变化条件下流域非一致性设计洪水的研究，往往未综合考虑时间因子、气候变化因子、人类活动因子对水文序列及设计洪水的非一致性的不确定性影响，或者未根据洪水特征的多变量性进行联合分布分析，从而在综合考虑各因子对非一致性设计洪水不确定影响方面未能系统研究。

发明内容

本发明旨在提供一种变化条件对流域非一致性设计洪水不确定性影响的分析方法，集合运用了非一致性水文频率分析方法，不确定性分析方法，以时间因子、气候变化因子、水库调度因子为协变量，并将协变量的影响耦合到联合分布函数的参数中，量化了这些因子对流域非一致性设计洪水的影响的不确定性，对综合评估变化环境对流域设计洪水的影响、进一步研究变化环境下水文极值事件的演变规律及防洪适应性决策的提出有重大的理论价值和现实意义。

本发明提供了一种变化条件对流域非一致性设计洪水不确定性影响的分析方法，通过结合非一致性水文频率分析方法和不确定性分析方法量化变化条件对流域径流的不确定性影响。

所述的非一致性洪水频率分析主要针对非一致性极值洪水序列进行，并获得非一致性极值洪水序列的数学描述。

所述的非一致性极值洪水序列主要包含历史、未来两个时期，其中历史时期AM来选取洪峰及相应洪量序列作为极值洪水序列；未来时期通过将多种气候模式输出的气候情景集耦合率定好的SWAT水文模型获得，将每种气候情景集分别驱动SWAT模型，获得不同气候情景集下的未来时期的径流过程，并用AM法选取极值洪水序列。

所述的SWAT水文模型属于一个具有较强物理基础的分布式水文模型，该模型能够利用水文气象、地理信息能基础数据模拟复杂流域的水文过程输出以日尺度的连续多年的模拟结果。

本地化构建的具体步骤如下：

(1)收集研究区域日降雨、径流数据及日尺度气象数据，包括气温、相对湿度、风速、日照时数等；地理信息数据包括DEM数据、土壤及土地利用分布图；

(2)建模中，首先基于流域DEM生成水系，然后基于土壤和土地利用分布图的二重编码结果划分水文响应单元；接着将气象要素序列转换为符合SWAT模型格式要求的数据，并输入其中；最后通过参数敏感性分析率定模型的参数，从而获得模拟径流过程。

所述的非一致性极值洪水序列的数学描述主要指非一致性极值洪水序列分布函数的参数不再是常数，而是随着协变量变化，协变量主要包括时间因子、气候变化因子、水库调度因子。在综合考虑以上因子的基础上，确定非一致性极值洪水序列的分布线型。

所述的非一致性极值洪水序列分布线型的确定主要通过构建广义可加的参数时变统计模型(GAMLSS)，包含以下步骤：

(1)选择协变量指标

分别以时间指标，气候指标包括降雨，气温和水库调度指标为协变量，水库调度指标定义为：

其中A_i为水库的控制流域面积，A_T为水文站的控制流域面积，S_i为水库的防洪库容，S_T为水文站的年径流量。对于未来时期，除水文站年径流量须由未来时期模拟径流得到，其余变量和历史时期一致，该指标能反映水库防洪调度对流域径流的影响。