[发明专利]一种顾及微地形和水系拓扑关系的大坝上游汇水量估计方法

说明书

本发明涉及大坝漫顶风险识别和量化领域，公开了一种顾及微地形和水系拓扑关系的大坝上游汇水量估计方法，包括：基于北斗数据反演对流层关键参量辅助WRF进行栅格单元降雨估计；栅格单元产水量估计；基于产水量模型计算汇水损失率γ和汇流贡献量η；基于微地形和水系拓扑关系的构建进行流域汇水分析；大坝上游汇水量预报。本发明通过微地形和水系拓扑关系记录并建立栅格单元汇水区域和大坝上游的汇水网络，在量化正常天气大坝上游汇水量的基础上，使用高精度的精细栅格单元降雨估计得到的产水量联合基于历史数据确定的汇水损失和汇流贡献情况，实现大坝上游汇水量的估计预报。

技术领域

本发明涉及大坝漫顶风险识别和量化领域，具体涉及一种顾及微地形和水系拓扑关系的大坝上游汇水量估计方法。

背景技术

大坝在蓄水发挥效益的同时，其安全状况会直接对社会经济的稳定发展以及人民生命财产安全等构成风险。因此，大坝风险表示为溃坝可能性和产生后果的乘积，且主要来自其溃决可能性。以降低大坝溃决风险为目标，准确的大坝上游汇水量估计可以实现漫顶失事的提前预报。然而受限于降雨等关键数据的获取延迟和时空分辨率，传统大坝上游汇水量估计只能忽视数据位置条件对大坝汇水影响，这是需要认真解决的问题。

在目前使用的实况天气图、数值模式预报和统计学三种降雨预报技术中，通过多尺度嵌套有限区域的数值预报模式以及资料同化模块吸收高频次更新周期的最新观测资料，可以实现局部区域更高分辨率的精准短期数值预报和模拟，提供未来1-10天的降雨预测结果。此外，随着遥感GIS技术的发展，SWAT和InVEST水文模型被广泛用于分析和评估区域系统水源供给能力,精细栅格单元的降水估计为流域研究中的产水服务提供了数据支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种顾及微地形和水系拓扑关系的大坝上游汇水量估计方法，通过微地形和水系拓扑关系记录并建立栅格单元汇水区域和大坝上游的汇水网络，在量化正常天气大坝上游汇水量的基础上，使用高精度的精细栅格单元降雨估计得到的产水量联合基于历史数据确定的汇水损失和汇流贡献情况，实现大坝上游汇水量的估计预报。

本发明采用的技术方案为一种顾及微地形和水系拓扑关系的大坝上游汇水量估计方法，包括：

步骤S1，基于北斗数据反演对流层关键参量辅助WRF进行栅格单元降雨估计；

步骤S2，栅格单元产水量估计；

步骤S3，基于产水量模型计算汇水损失率γ和汇流贡献量η；

步骤S4，基于微地形和水系拓扑关系的构建进行流域汇水分析；

步骤S5，大坝上游汇水量预报。

进一步地，所述步骤S1中，基于北斗数据反演的对流层关键参量包括天顶对流层延迟ZTD和大气可降水量PWV。

进一步地，所述步骤S2中，栅格单元产水量估计的算法为：

式中，Y_x、AET_x和P_x分别为栅格单元x的产水量、实际蒸散量和降水量。

进一步地，所述栅格单元产水量估计的算法中，的计算公式为：

式中，R_x和ω_x分别表示Budyko干燥指数和土壤性质参数。

进一步地，R_x和ω_x的计算公式为：