[发明专利]一种基于月水量平衡的三参数水文模型及其构建方法

说明书

本发明公开了一种基于月水量平衡的三参数水文模型及其构建方法，该方法根据三个具有物理意义的参数值能够较好地模拟出月径流流量，以解决水文模型参数较多、计算复杂、模拟精度不够等问题，本发明模型适用于湿润地区的径流模拟，基于月水量平衡公式，只需涉及三个参数，比现有模型所需参数少，可以很好地解决无资料地区数据缺乏的问题，能够将流域整个水循环串联起来，就其特征进行准确分析；同时操作便捷，模拟效率高，能够在短时间内预测出长时间序列径流值。

技术领域

本发明涉及水文模型技术领域，具体涉及一种基于月水量平衡的三参数水文模型及其构建方法。

背景技术

径流数据是水循环中的重要环节，是研究水文问题的基础，同时也是制定水资源合理利用方案的依据，其模拟效率和精度将直接影响整个流域的水资源规划和洪水预报，所以水文模型对于流域水资源管理和防灾减灾起到了至关重要的作用。近年来，地区经济社会急速发展，对流域水文过程带来了巨大影响，同时在环境变化影响下的水文变化也成为科学界的热门话题之一，如何进行准确模拟径流是当下的热点亦是难点问题。

目前，国内外主要的水文模型共有三类：数学物理模型、系统理论模型和概念性模型，其中概念性模型中的分布式和集中式模型最为流行。水文模型根据时间尺度不同分为日、月和年模型，其中月模型主要输入为流域的月降雨总量和月潜在蒸发值，输出则为流域月径流流量。目前国内外主流的日尺度模型有新安江模型、VIC模型、DHSVM模型、SWAT模型、HEC-HMS模型等，月尺度模型主要有abcd模型、新安江月模型、GR2J模型等。

水文模型的参数通常随着时间尺度的增加而减少，例如新安江日模型一共有12个参数，而abcd月模型只有4个参数。推广构造简单、参数数量较小但是精度高的月尺度模型，可以很好地解决无资料地区数据缺乏的问题，能够将流域整个水循环串联起来，并且就其特征进行准确分析，保障河流生态系统良好运行，并为流域的水能资源优化配置提供重要依据。

发明内容

为解决现有水文模型的技术不足，本发明的目的在于提供一种基于月水量平衡的三参数水文模型及其构建方法，以解决水文模型参数较多、计算复杂、模拟精度不够等问题，根据三个具有物理意义的参数值能够较好地模拟出月径流流量。

本发明实现上述目的采用以下方案：

一种基于月水量平衡的三参数水文模型，该模型构建方法包括如下步骤：

1)获取流域关键水文站站点的历史基本水文资料，获得流域面积、月降水数据、月潜在蒸散发值、实测月径流流量。将整个时间序列数据分为率定期和验证期，通常可采用“七三”策略，即70％数据用于参数率定，30％数据用于模型验证。

2)构建模型：

根据月潜在蒸散发值和月降水量，获得流域月实际蒸发值，如下：

式中，E(t）为流域月实际蒸发值；PET(t）为月潜在蒸散发值；P(t）月降水量；t为时间；k为模型第一参数，用于反应蒸发和降水变化情况；

根据当月土壤净含水量(即前一时期的土壤含水量加上当月降水量减去当月实际蒸发量)，获得月地表径流流量，如下：

式中，R(t）为月地表径流量；S(t）为月土壤含水量；SC为模型第二参数，通常代表整个流域的最大月土壤含水量；

根据当月土壤净含水量，获得月地下径流流量，如下：

G(t)＝(S(t-1)+P(t)-E(t))×e^{((S(t-1)+P(t)-E(t))*(-d))}

式中，G(t）为月地下径流流量；d为模型第三参数，代表地下径流系数；