[发明专利]基于系统响应理论的马斯京根流量演算误差修正方法

说明书

本发明公开了基于系统响应理论的马斯京根流量演算误差修正方法，主要包括：将研究流域的长河段划分多个子河段，构建所有子河段的马斯京根汇流演算方程；考虑各个子河段的出流变化是由河段区间的入流变化引起的系统响应，建立所有子河段的响应系统；收集历史预报和实测资料，计算各河段断面的流量预报误差；估计所有区间流量预报误差，反演修正后的区间流量；重新进行马斯京根汇流演算，得到未来时刻修正后的河道断面预报流量。本发明解决了长河段流域的河道洪水预报精度提升的难题，具有物理意义明确、计算效率高、修正结果客观合理等优点，适合在实际中推广和应用。

技术领域

本发明属于水文预报及实时校正技术领域，特别涉及一种基于系统响应理论的马斯京根流量演算误差修正方法。

背景技术

河道洪水预报是一项重要的防洪减灾非工程措施，及时准确的河道洪水预报对河流系统的安全保障和水资源调度等意义重大。一般采用马斯京根法对河道汇流进行演算，对于长河段流域，需划分为多个子河段，再利用考虑区间入流的马斯京根矩阵方程进行连续演算。但是，演算过程中会存在各种来源的误差，包括断面流量预报误差、区间入流预报误差和汇流模型本身的误差，这些误差导致了流域出口断面的洪水预报值误差。当预报误差超过标准时，会给防洪决策带来风险，影响防洪效益。因此，需要对马斯京根流量演算过程中的诸多误差进行修正，以提高河道洪水预报精度，满足实际作业预报需求。

目前，河道洪水预报误差修正方法主要存在几方面不足：(1)由于人类认识的有限性，无法用水文模型或预报方案绝对准确地刻画流域的下垫面机制，难以从根本上降低预报误差，提升预报精度；(2)现有的误差修正方法，一般简化复杂汇流系统为单河段汇流系统进行预报误差修正，未考虑有区间入流的长河段连续汇流演算过程，忽略来源于上游断面和区间的误差，仅关注流域出口断面的误差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了基于系统响应理论的马斯京根流量演算误差修正方法，具有物理意义明确、计算效率高、修正结果客观合理等优点，可进一步提升长河段流域的河道洪水预报精度。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

基于系统响应理论的马斯京根流量演算误差修正方法，包括以下步骤：

步骤1，将一个长河段划分为n个子河段(图2)，对于每个子河段都应用马斯京根法进行河道汇流演算，得到n个河段的马斯京根方程下断面预报出流的计算式；具体步骤为：

步骤1.1，对于每一个子河段：采用马斯京根汇流演算方程表达第i个子河段在t时刻的汇流过程：

其中，

式中，在t时刻，第i(＝1,…,n)个河段的出流为n＞1，第i-1个河段的出流为就是第i个河段的入流，第i个河段的支流汇入为参数组成为a_i和b_i，马斯京根法演算参数为和在t-Δt时刻，第i个河段的出流为入流为支流汇入为参数组成为c_i和d_i，马斯京根法演算参数为和

整理后得到第i个河段的马斯京根方程预报出流的计算式为：

步骤1.2，同理步骤1.1，得到n个子河段的马斯京根方程下断面预报出流的计算方程组：