[发明专利]考虑产流结构不确定性的水文模型及对地表地下水文过程影响的量化方法

说明书

本发明公开了一种考虑产流结构不确定性的水文模型及对地表地下水文过程影响的量化方法，本发明将产流结构中地表径流、壤中流和基流结构的不确定性用参数进行量化，联合增加的汇流模块构建了一个考虑产流结构不确定性的水文模型，相对于原始的水文模型具有更高的精度，可对产流结构中地表径流、壤中流和基流的不确定性及其对地表地下水文过程影响进行量化，可以更好地提升径流模拟的精度，提升对水文物理过程基础规律的理解和认识。

技术领域

本发明涉及水文模型技术领域，具体涉及考虑产流结构不确定性的水文模型及对地表地下水文过程影响的量化方法。

背景技术

流域水文模型是为模拟流域水循环过程而构建、用于描述水文物理过程的数学模型，它是探索和认识水循环和水文过程的重要手段，也是解决水文预报、水资源规划与管理、水文分析与计算等实际问题的有效工具。流域水文模型建模的核心在于水文过程的产流和汇流等过程的刻画，从水文过程产流、汇流原理的不同理解和刻画方式出发，营运而生了不同结构和建模方式的水文模型。因此水文模型不可避免的存在结构不确定性，对水文模型结构不确定性的描述和定量刻画是改进水文模型结构，提升流域地表-地下水文过程模拟精度的重要环节。

目前水文模型领域常采用多种模型组合的方式来分析模型结构带来的不确定性，通常选取具有不同结构的水文模型对流域径流过程进行模拟，再根据多种模型模拟结果采用一定的后处理方法量化分析模型结构不确定性。但这种方式笼统的将不同模型结果的差异描述为由模型结构不确定性带来，将由模型参数、模型产流结构、汇流结构的不确定性统一归类到了水文模型结构不确定性，无法针对具体的过程(比如模型的产流过程，尤其是产流过程中地表径流、壤中流和基流这些径流成分)分析其所带来的不确定性及其对地表-地下水文过程模拟的影响；同时，采用不同的模型结构计算代价较大，在现实操作中的实际应用和可操作性较低。申请号为202111312143.2的中国专利申请提出了基于时变参数的水文模型结构诊断方法，但该方法只能诊断水文模型结构的适用性，无法对模型结构尤其是产流结构不确定性进行量化。申请号为201610149128.3的中国专利提出了一种基于Copula函数的水文模型综合不确定性分析方法，但该方法只能考虑水文模型参数和结构的综合不确定性，无法针对性量化产流结构不确定性及其对水文过程模拟所带来的影响。因此，在多数情况下，需要一种能够刻画产流结构不确定性，尤其是深入分析产流中地表径流、壤中流和基流产流结构不确定性，并能量化分析产流结构不确定性对水文过程模拟影响的流域水文模型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有水文模型及不确定性估计方法无法分析模型产流结构的不确定性及其影响的缺点，提供一种以SIMHYD模型为基础改进的水文模型，可以量化产流结构中地表径流、壤中流和基流不确定性对地表地下水文过程的影响。

本发明提供了一种考虑产流结构不确定性的水文模型，包括以下步骤：

步骤(1)收集资料：收集流域内水文气象站点观测序列，包括流域内站点观测的降水量、水面蒸发量和径流数据。

步骤(2)计算产流：建立以SIMHYD模型结构为基础的产流计算模块，主要包括蒸发损失计算、土壤下渗计算、水分储蓄计算和产流计算四个部分。

①蒸发损失计算：蒸发损失包括三部分，地表植被截留蒸发、土壤水蒸发和不透水面上的降水蒸发。其中，地表植被截留和不透水面上的降水按照蒸发能力的速率计算，而土壤水蒸发则根据土壤含水量和剩余蒸发能力计算，公式如下：

ET₁＝min(INS,PET)

POT＝PET-ET₁

式中，ET₁表示地表植被截留和不透水面上的降水蒸发；ET为土壤水蒸发；INS为植被截留储蓄量，按照水量平衡关系计算；PET为潜在蒸发能力，一般由实测水面蒸发量代替；SMS为土壤湿度；SMSC为土壤蓄水容量；POT表示剩余蒸发能力。