[发明专利]一种基于等容瞬时单位线的水文预报方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于等容瞬时单位线的水文预报方法及系统，属于水文预报领域，该方法包括：根据霍顿产流原理，计算每个等容微元的地表产流量和地下产流量；基于Copula函数构造蓄水容量与汇流时间的联合分布函数，计算汇流时间依蓄水容量的条件概率密度，从而得到等容瞬时单位线；采用所述等容瞬时单位线进行等容微元地表产流量的汇流计算；采用滞后演算法进行地下产流量的汇流计算，并与地表径流过程叠加，从而得到流域出口断面的流量过程。本发明方法以条件概率的形式实现产汇流过程在概率上的空间离散，采用等容瞬时单位线计算各离散蓄水容量处产流量的汇流过程，实现了产汇流计算尺度的统一，进而可以提高径流过程的模拟精度。

技术领域

本发明属于水文预报技术领域，更具体地，涉及一种基于等容瞬时单位线的水文预报方法及系统。

背景技术

流域水文模型是研究水文自然规律和解决水文实际问题的主要工具，它以整个流域水文系统为研究对象，根据自然界中降雨、蒸发和径流等水文过程运动规律建立相应的数学模型，借助必要的计算工具，模拟、分析和预测流域内水体的存在方式、运动规律和分布状况等。流域内的自然水体运动规律复杂，如何通过适当概化，利用现有方法体系去描述流域水体的自然运动规律，达到高度近似或逼近真实物理过程的目的，一直以来都是水文学要解决的核心问题。降雨和下垫面的空间异质性是水文过程非线性的主要根源，是制约水文模型发展的关键因素，分布式水文模型通过空间离散的方式解析降雨和下垫面的空间异质性，能够更好地反映真实的物理过程。然而，在实际应用中，相比集总式水文模型，分布式水文模型并没有体现出其应有的优势，模拟精度没有实质性提高，水文模型的发展陷入了瓶颈期。

下垫面空间异质性的科学描述成为水文模型尤其是概念性水文模型的“卡脖子”难题。流域蓄水容量曲线解决了流域产流空间异质性的问题，但在采用瞬时单位线(瞬时单位过程线是指流域上分布均匀，历时趋于无穷小，强度趋于无穷大，总量为一个单位净雨量在出口断面处所形成的地面径流过程线。)进行地表汇流计算时，又将其作为空间分布均匀的净雨处理，局部产流并没有实现局部的汇流。如何实现产汇流过程在空间上的统一，是困扰概念性水文模型发展的一个重要难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在提供一种基于等容瞬时单位线的水文预报方法及系统，由此解决现有技术无法实现产汇流过程在空间上统一的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于等容瞬时单位线的水文预报方法，包括以下步骤：

S1：根据霍顿产流原理，计算每个等容微元的地表产流量和地下产流量；其中，所述等容微元为在整个流域中蓄水容量相等的单元；

S2：基于Copula函数构造蓄水容量与汇流时间的联合分布函数，计算汇流时间依蓄水容量的条件概率密度，从而得到等容瞬时单位线；其中，所述等容瞬时单位线为所述等容微元面积上的瞬时单位线；

S3：采用所述等容瞬时单位线进行等容微元地表产流量的汇流计算；采用滞后演算法进行地下产流量的汇流计算，并与地表径流过程叠加，从而得到流域出口断面的流量过程。

进一步地，所述步骤S1包括：

S11：按最大蓄水容量S_max将流域离散为m个不同的等容微元，则每个等容微元D_j(j＝1,…,m)的蓄水容量

S12：每个等容微元t+1时段的土壤含水量W_j,t+1＝W_j,t+min(i_t,f_j,t)Δt-E_j,t，其中，W_j,t为t时段的土壤含水量，i_t为t时段的降雨强度，Δt为时段长度；f_j,t为t时段的下渗能力，且f_c为稳定下渗率，β为土壤下渗系数；E_j,t为t时段的蒸散发量，且E_m为蒸发能力；