[发明专利]一种基于随机模拟的径流变化不确定性成因分析方法

说明书

本发明专利公开了一种基于随机模拟的径流变化不确定性成因分析方法。包括以下步骤：S1、构建流域拓扑关系；S2、收集多年流域内水库蓄水量监测数据、人类活动取用水量实时监测数据、该流域土地利用数据和气象观测数据数据，划分影响因子组合；S3、影响因子的长系列模拟；S4、利用分布式水文模型wetspa模型计算各影响因子的IHA指标序列值；S5、定量描述径流变化成因。该方法将多种影响因子进行排列组合归为多种径流系列，分别计算可得到各个影响因子对径流变化影响占比，结果可信度高；此外，通过水文随机模拟，可以对引起径流变化影响因子的不确定性进行定量描述。

技术领域

本发明专利属于水文领域，尤其涉及一种基于随机模拟的径流变化不确定性成因分析方法。

背景技术

径流是流域中气候和下垫面各种自然地理因素综合作用的产物。径流的分布特性首先取决于气候条件。径流的时空变化特性还深受人类活动的影响：砍伐森林会使水土流失加剧，洪峰径流剧增；水库等蓄水工程的兴建，会增加流域的持水能力，调节径流；工业、农田的大量用水会减少河川径流量。长期以来，水资源开发利用以水文序列的平稳变化假定为前提，而忽略了气候变化和人类活动影响带来的不确定性。尤其对我国来说，变化环境下径流的时空差异巨大，变化剧烈，已严重影响到水资源的可持续利益和管理，对区域水资源安全提出严重的挑战。因此，精细解读气候变化、人类活动和水文过程的相互关系和机理，定量分析各影响因子对径流变化影响，是减少水资源评估的不确定性，保障区域水资源安全的科学基础。

如何有效对引起径流量变化的影响因子不确定性进行描述，是一项十分具有挑战性的工作。目前分析径流量变化成因采用的方法有两类：一是水文模拟方法，该方法具有较好的物理基础，但模型结构和输入参数具有较大的不确定性，且流域差异较大，在实际应用中困难较大；另一种是弹性系数的方法，有研究证明该方法简单有效，较易实用；但是，弹性系数方法的参数大多是反映植被、土壤等流域下垫面特征，忽略了其它人类活动因素(如水利工程建设、引水灌溉等)对径流变化的影响。

发明内容

本发明专利的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出了一种基于随机模拟的径流变化成因概率描述方法。该方法将多种影响因子进行排列组合，用于模拟多种径流系列，分别计算反映径流变化特征的IHA指标序列，并最终确定各影响因子对径流变化的贡献率，其结果可信度高；此外，通过水文随机模拟，可以对引起径流变化影响因子的不确定性进行描述。本发明专利的技术方案是这样实现的：一种基于随机模拟的径流变化成因概率描述方法，包括以下步骤：

S1、构建流域拓扑关系：基于流域位置及其水力关系，利用水文站、水库、气象测站、取用水测站、河流水系，构建流域拓扑关系图。

S2、收集数据，划分影响因子组合：收集流域内水库蓄水量监测数据、人类活动取用水量监测数据、该流域土地利用数据和气象观测数据。其中，流域内水库蓄水量监测数据的影响因素包括水库蓄变量；人类活动取用水量监测数据的影响因素包括工业用水、农业用水、生活用水；土地利用数据包括土地类型变更、土地覆被变化；气象观测数据包括降水、气温、风速、相对湿度、日照等。将所述影响因子的数据组合划分为基准系列、气象影响系列、还原系列、用水影响系列、水库影响系列和现状系列，根据不同的径流系列采用不同边界条件，其中，在基准系列中，气象和土地利用边界不变，取用水和水库边界为零值；在气象影响系列中，气象边界变化，而土地利用边界不变，取用水和水库边界为零值；在还原系列中，气象和土地利用边界变化，而取用水和水库边界为零值；在用水影响系列中，气象和土地利用边界变化，取用水边界为实测值，而水库边界为零值；在水库影响系列中，气象和土地利用边界变化，水库边界为实测值，而取用水边界为零值；在现状系列中，气象和土地利用边界变化，而取用水和水库边界为实测值。