[发明专利]一种无资料设计流域补充实测时枯水流量的确定方法

权利要求书

1.一种无资料设计流域补充实测时枯水流量的确定方法，其特征在于，包括：

步骤1、无资料设计流域根据地形地貌的不同分成一个或多个单元试验流域片,在每个单元试验流域片设置一个监测站,监测站内的数据采集装置采集雨量计、温度计、湿度计、流速仪监测的数据，并将数据通过物联网通讯装置传输至计算机控制终端；

步骤2、根据设计流域补充实测资料的所属特征水文年类别，计算机控制终端将步骤1采集的数据输入至该特征水文年对应的枯水流量数学模型目标函数中，得到设计流域的枯水流量,其中，枯水流量数学模型目标函数基于如下公式：

式中：Q_C为枯水流量；K为模比系数；A为设计流域面积；P为降雨量；Q为径流量；H为湿度；T为温度；为平均温度；e为自然对数函数的底数；a₁～a₆、b为公式的常数项，公式(10)的确定过程如下：

步骤2.1、根据设计流域的水量平衡方程可知，考虑降雨、径流及蒸发的影响，对于平水年设计流域枯水流量的计算公式表示为：

式中：为平水年枯水流量；为降雨量影响因子确定的平水年枯水流量分量；为流量影响因子确定的平水年枯水流量分量；为蒸发量影响因子确定的平水年枯水流量分量；

步骤2.2、由于枯水流量与降雨量、径流量的关系密切相关；当设计流域降雨量增加时，其枯水流量相应增加；当设计流域径流量增加时，其枯水流量相应增加；考虑到二者的交互作用，并考虑设计流域面积的影响，得到由降雨量及径流量影响因子确定的平水年枯水流量分量为：

Q_P+Q_Q＝A^0.25(a₁P²+a₂Q²+a₃PQ+a₄P+a₅Q+a₆) (2)

式中：A为设计流域面积，km²；P为降雨量，m；Q为径流量，以单位面积径流量表示，m³/(s.km²)；a₁～a₆为常数项，通过拟合确定；

步骤2.3、基于能量平衡原理和空气动力学理论，彭曼提出了由辐射引起的、空气动力引起的蒸发量计算公式为：

式中：E为蒸发量；Δ为饱和水汽压曲线在平均气温时的斜率；M为地面辐射差额值，与温度有关；r为干湿球湿度方程的常数；E_a为干燥力；

步骤2.4、蒸发量与气温、湿度密切相关，对于设定区域，气温越高，蒸发量越大；湿度越大，蒸发量也越大，考虑到二者的交互影响，结合彭曼公式，将两个影响因子进行组合，提出由气温与湿度确定的蒸发量计算公式如下：

式中：T′为相对温度；T为温度，℃；为平均温度，℃；e为自然对数函数的底数；

步骤2.5、结合考虑设计流域面积的影响，得到由蒸发量影响因子确定的平水年枯水流量分量为：

式中：b为常数项，通过拟合确定；

步骤2.6、将式(2)、式(6)代入式(1)得到设计流域平水年枯水流量的计算公式如下：

实际上，枯水流量与特征水文年的关系很大，模比系数定义如下：

式中：K为模比系数；Q′为不同特征水文年对应的年径流量；为多年平均径流量；

步骤2.7、平水年枯水流量与丰水年、枯水年枯水流量间成比例关系，表示为：

Q_C＝KQ_CO (9)

式中：Q_C为枯水流量；

由此，只要得出平水年枯水流量计算公式(7)，将公式(7)代入公式(9)，能够得到不同特征水文年的枯水流量计算公式(10)；

步骤2.8、通过最小二乘法对公式(10)进行拟合确定的不同特征水文年对应的数学模型目标函数如下：

丰水年为：

平水年为：

枯水年为：