[发明专利]一种基于流域属性距离的流域相似判别方法

说明书

本发明涉及水利水电工程中的水文分析技术，其公开了一种基于流域属性距离的流域相似判别方法，提高参证流域选取的全面性、客观性和合理性。本发明首先基于高分辨率的多源海量卫星遥感属性栅格数据进行嵌套流域划分和流域属性优选；其次依据各嵌套流域的掩膜图层提取各嵌套流域的属性栅格数据；然后通过一种能够综合反映流域属性因子和流域嵌套结构的“广义距离”计算各嵌套流域的流域属性距离；最后基于流域属性距离计算各嵌套流域的流域相似度，依据相似度划分等级进行流域相似判别。本发明有效提高流域相似判别的精确性和准确性，为缺资料地区水利水电工程水文分析中合理选取参证流域提供重要技术支撑，使参证流域的选取更加全面、客观和合理。

技术领域

本发明涉及水利水电工程中的水文分析技术，具体涉及一种基于流域属性距离的流域相似判别方法。

背景技术

水文基本资料是水利水电工程水文分析计算工作的基础，其重要性不言而喻。当今，流域水利水电开发整体呈现有资料地区转向缺资料地区的发展态势；而当地往往缺乏能够满足《水利水电工程水文计算规范(SL 278-2002)》要求的长系列水文资料(系列长度应在30年以上)。因此，水文基本资料短缺或稀缺是当前缺资料地区水利水电工程水文分析计算面临的一个普遍性问题，已成为限制当地水资源综合开发利用的瓶颈。考虑到流域水文循环系统的复杂性及水文要素的时空变异性，传统工程水文分析计算方法在资料匮乏地区仍具有一定的不确定性，一直是长期困扰国际水文学界的难题之一。缺资料地区水文分析研究已成为国际水文及水资源领域研究的前沿和热点问题。国际水文科学协会(International Association of Hydrological Sciences，IAHS)曾于2003年启动了国际水文十年计划——“无资料地区水文学研究”(Prediction in Ungauged Basins，PUB)，旨在用十年时间大力开展无资料地区水文研究，这极大地推动了国内外缺资料地区水文分析计算领域研究的发展；又于2013年启动了新的国际水文十年计划“Panta Rhei”，即“诸行无常，万物恒变”，表明了创新水文研究方法来解决缺资料地区水文分析计算难题的长期性与艰巨性。

目前解决缺资料地区水文分析计算难题的一个公认可行方法就是“水文相似法”。该方法基于流域水文循环基本原理，假定流域的水文行为由气候、气象、下垫面和河网结构等流域特征共同决定；认为当流域在物理属性上相似时，其水文信息是可以相互传递的。该方法主要以影响流域水文循环过程的关键因素为前提，寻找与研究流域相似的有资料流域作为参证流域；在参证流域上建立水文信息(如径流量、径流深、径流模数、径流系数以及降水径流相关图等)与流域属性(如气候类型、土壤类型、植被覆盖、地形地貌特征等)之间的水文响应关系；在相似框架下实现水文信息从有资料地区移植至缺资料地区，实现相似流域间水文信息的传递，从而完成缺资料地区水利水电工程水文分析计算成果。因此使用本方法最为关键的是恰当选取与研究流域水文循环特性相似且具有较长实测水文基本资料的邻近流域作为参证流域，即判别流域间是否具有相似性及其相似程度，其精度取决于研究流域和参证流域在水文响应特征方面的相似程度，特别是流域下垫面空间分布情况。因此，流域相似判别的准确性将直接影响缺资料地区水利水电工程水文分析计算成果的可靠性。

近年来，国内外水文学者相继提出了许多相似流域筛选和评价的量化分析方法。该类方法大多通过人为设定流域特征指标，采用相关评价方法(如模糊优选法、聚类分析法、投影寻踪法、神经网络等)来进行相似流域分类或参证流域选取。部分水文学者试图通过数学物理方程推导途径，建立普适的、统一的描述流域水文响应过程的物理方程或数学公式，来直接证明流域相似性。因其理论体系不完善，未能充分考虑流域水文循环规律的复杂性，该途径在实际应用中效果并不理想。因此，提出一种客观有效方法以判别流域相似性，解决参证流域客观选取的难题，是缺资料地区水利水电工程水文分析计算所要面临和解决的首要任务。

总体而言，传统技术中的流域相似判别方法研究主要存在以下缺陷：