[发明专利]一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法，包括以下步骤：1)数据的收集、处理；2)洪水场次划分；3)关联降雨过程，构建样本集合；4)产流过程相似性分析；5)汇流过程相似性分析；6)流域洪水响应相似性分析。本发明提出以产流、汇流过程相似为基础的流域洪水响应相似性分析方法，是一种既符合水文基础理论，又具有针对性的分析方法。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及洪水预报技术领域，具体为一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法。

背景技术

水文相似性分析是连接有资料流域和缺资料流域的纽带，是解决缺资料流域洪水预报问题的重要方法之一，目前水文相似性的分析判断方法主要有两类：其一，从驱动因素的角度出发，基于流域物理特征及空间距离进行判断，其优点在于能够直接在有资料流域与缺资料流域间进行对比；其二，由响应结果的角度出发，基于水文特征指标、统计指标进行判断，此方法仅适用于有资料流域间的对比。水文相似性的范畴很广，对于洪水预报工作，更为关注流域洪水响应的相似性，已有方法的针对性不强。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法，区别于以往的方法，本方法以流域场次降雨洪水数据作为依据，由洪水响应角度出发进行判断，更适宜在洪水预报领域的应用。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法，包括以下步骤：

1)数据的收集、处理：收集流域内雨量站及水文站观测数据，处理获得等时段流域面雨量时间序列及流域出口流量时间序列；

2)洪水场次划分：根据流域出口流量时间序列划分洪水场次；

3)关联降雨过程，构建样本集合：将场次洪水与场次降雨进行匹配关联，依次寻找每个场次洪水序列所关联的降雨事件，筛选掉无法找到关联降雨事件的洪水事件，从而得到元素一一关联的降雨事件集合与洪水事件集合；

4)产流过程相似性分析：采用初损后损法对产流过程的水量损失进行划分，获得各场次洪水净雨过程，进而推求流域洪水样本的次洪径流系数统计中位数及平均后损率统计中位数，通过聚类方法分析产流过程相似性，获得相似性分组；

5)汇流过程相似性分析：基于提取的净雨过程和流量过程，推求各流域的单位线，对单位线进行标准化处理，对标准化的单位线进行聚类分析，获得汇流过程相似性分组；

6)流域洪水响应相似性分析：以产流相似性分组和汇流相似性分组为基础，对流域进行洪水响应相似性分组，认为产流、汇流过程同时具备相似性的流域具有洪水响应的相似性。

进一步的优化，步骤1)的具体包括以下步骤：

1-1采用线性内插法进行等时段处理，获得等时段流域出口流量时间序列数据；

1-2采用降雨量累积曲线插值进行等时段处理，获得等时段流域点雨量时间序列数据；

1-3采用泰森多边形法进行面雨量的计算，获得面雨量时间序列。

进一步的优化，步骤3)中以洪水序列开始、结束时间点为基准进行关联降雨的提取；包括以下步骤：

3-1设定阈值Th_S，基于流域面积确定Th_S的值，如公式(6)所示：

式中，F为流域面积km²；阈值Th_S为以洪水开始时刻T₁为起点向前考虑降雨的最大时间范围，以T₁-Th_S为开始时间，以洪水结束时刻T₃为结束时间，初步提取降雨序列；

3-2对降雨开始时间进行检查，去除前部的无效降雨；