[发明专利]一种小流域设计洪水推求方法

权利要求书

1.一种小流域设计洪水推求方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，资料收集与处理：

1)确定待研究小流域下游水文站点，获取该水文站点以上流域DEM图、土地利用图、流域内雨量站点以及流域出口处水文站的经纬度信息，将上述信息通过GIS软件点绘在图层中将其制成面文件，所述水文站点以上流域范围内应有5-10个雨量站且流域范围需覆盖整个待研究小流域；

2)将上步获取的DEM图的文件类型转化为栅格文件类型，在GIS软件中加载GeoHMS工具条，将该栅格文件通过GeoHMS工具进行水文分析及处理，得到目标流域的流域图面文件，通过流域分割的方法将待研究小流域划分为一个单独的子流域；

3)基于所述水文站点以上流域范围及流域内所有雨量站绘制泰森多边形，获取计算待研究小流域面降雨量的各影响雨量站以及各自的泰森多边形权重；

4)将土地利用图与流域面文件叠加，计算各个子流域的不透水率；

5)获取水文站点以上流域多场年最大洪水的降雨径流数据：包括降水过程以及流域出口断面相应场次洪水的流量过程，并把降水过程和流量过程由不等间隔时间序列转化为等间隔时间序列；降水过程即表示为各雨量站的等间隔的降水数据；

6)获取待研究小流域的各影响雨量站年最大1日、3日、7日雨量系列；

S2，生成流域模型：

在流域面文件中添加水文单元生成流域模型，并且为不同的水文单元选择不同的计算方法，所述水文单元为子流域、河段、汇流点、水库；步骤S2为不同的水文单元选择不同的计算方法：对于子流域水文单元需要确定产流计算的方法为初始常速率法、汇流计算的方法为斯奈德单位线法；对于河段水文单元确定洪水演进的方法为马斯京根法；对于水库水文单元需要确定水库的蓄泄关系；对于汇流点需要确定其上下相连接的水文单元；

S3，确定各子流域的降雨过程以及流域出口断面的流量过程：

各子流域的降雨过程以子流域的面雨量表示，根据S1中得到的各雨量站的等间隔的降水数据以泰森多边形法确定；

S4，确定小流域水文模型参数：

选取S1中获得水文站点以上流域多场年最大洪水的降雨径流数据作为基础数据对水文站点以上流域水文模型进行参数率定，可以得到包含待研究小流域在内的各子流域的产汇流参数，提取其中的待研究小流域子流域的产汇流参数，结合小流域的流域面文件，建立小流域的水文模型；该水文模型能够反映待研究小流域降雨径流过程信息；

步骤S4各子流域的产汇流参数为流域产流计算参数、地面径流计算参数、地下径流参数，所述流域产流计算参数包括常损失速率，所述地面径流计算参数包括斯奈德单位线标准滞时、洪峰系数，所述地下径流参数包括衰退常数、峰比阈值；

S4中各子流域的产汇流参数率定过程为：先根据参数的物理意义及经验确定一个参数的初始值，然后确定残差平方和函数作为参数率定的目标函数，残差平方和即模型计算的流量结果与实测流量的误差的平方和，再通过遗传算法确定目标函数的最小值，当目标函数的值最小时，即可得到各个子流域的上述产汇流参数，目标函数公式如下：

式中，NQ为实测流量过程的流量个数；q₀(i)为第i个实测流量值；q_s(i)为第i个计算流量值；Z即残差平方和，Z为函数，称为目标函数；

S5，小流域设计暴雨的推求：

根据S1中获取的待研究小流域各影响雨量站的年最大1日、3日、7日雨量系列，通过泰森多边形法计算年最大1日面雨量系列、年最大3日面雨量系列和年最大7日面雨量系列，通过水文频率计算方法计算年最大设计面暴雨值；选取主雨峰集中在雨期最后的暴雨分配形式，作为设计暴雨的典型暴雨，通过同频率分段控制的方法，依据典型暴雨过程的百分比对设计暴雨进行时程分配，从而得到小流域的设计暴雨；

S6，小流域设计洪水的推求：

将步骤S5得到的小流域设计暴雨代入到S4得到的小流域水文模型中，推求小流域的设计洪水。

2.根据权利要求1所述的小流域设计洪水推求方法，其特征在于，步骤S1的2)步中将栅格文件通过GeoHMS工具进行水文分析和处理包括以下操作：经过填洼、生成流向、计算累积流、定义河流、河流分段、集水区划分、集水区多边形处理、排水线处理、流域聚合、提取目标流域。