[发明专利]一种适合喀斯特地区的概念式水文模型组合预报方法

说明书

本发明公开了一种适合喀斯特地区的概念式水文模型组合预报方法，属于水文预报领域。其利用岩溶水箱技术构建岩溶水文模型，再将该岩溶水文模型与蓄满产流机制的传统概念式水文模型进行融合，得到一个适用于喀斯特地区的概念式水文组合预报模型，采用多目标优化算法对模型参数进行率定，以流域降雨蒸发数据驱动模型，得到该流域的径流预报，并将预报结果与实测径流过程和传统模型的预报结果进行对比。本发明引入了组合预报概念和多目标参数率定方法，弥补了单纯概念式水文模型与单纯岩溶水箱模型在岩溶地区预报的不足，更好地反映了岩溶地区的产汇流特性。本发明方法为岩溶地区的水文预报提供了新的方法和思路。

技术领域

本发明属于水文预报技术领域，具体涉及一种适合喀斯特地区的概念式水文模型组合预报方法。

背景技术

喀斯特地区多裂隙节理、落水洞、石林、峰丛、地下暗河等发育，导致含水介质的强烈非均质性，其产流-汇流机制不同于其它流域。

已有的研究主要是单纯的传统概念式水文模型或者单纯的岩溶水文模型，前者主要问题在于不能很好地反映岩溶区域的水文规律；另外，在面积较大喀斯特地貌中，岩溶面积与非岩溶面积是同时存在的，使得后者也不能很好的描述区域的产汇流特点。

因此，程根伟[新安江岩溶水文模型.水电能源科学,1991,92(2):139-144.]提出了一种新安江岩溶方法，但该方法没有明确提出组合预报的方法，亦没有采用多目标优选方法进行参数率定。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适合喀斯特地区的概念式水文模型组合预报方法，其目的在于，将传统概念式水文模型和岩溶水箱模型结合在一起，同时兼顾了湿润地区的蓄满产流和岩溶地区的产汇流特征，并将多目标参数率定应用到组合模型中，有效降低了模型参数的不确定性，从模型结构和参数两方面提高了水文模型在岩溶地区的降雨径流预报能力和精度。经证实，本发明所提模型在进行峰值模拟和退水阶段预报时，组合模型明显优于传统概念式新安江模型。

为实现上述目的，本发明提供了一种适合喀斯特地区的概念式水文模型组合预报方法，其包括以下步骤：

步骤1，搜集水文模型输入资料，包括区域历史观测降雨、蒸发、径流的水文气象数据及流域的DEM地形资料，将实测水文气象数据分为两部分，一部分用于模型率定，一部分用于模型检验；

步骤2，提取河网、水系，进行子流域的划分，采用泰森多边形方法计算各子流域面平均雨量和蒸发量；

步骤3，对研究区域建立概念式岩溶水箱模型；

步骤4，构建融合蓄满产流和岩溶水文特性的组合预报体系；

步骤5，组合水文模型参数多目标优选，具体的，利用多目标优化算法以洪量目标、确定性目标和洪峰目标作为目标函数优化率定各个水文模型参数；

步骤6，开展实时降雨-径流预报，并从水源划分和退水时期的径流特点入手，判定组合模型的合理性和可靠性。

进一步的，所述步骤2具体包括：

(2-1)河网水系提取、子流域划分具体为：借助ArcGIS工具对流域DEM数据依次利用填洼工具、流向工具、流量工具、分水岭工具得到流域边界及河网水系，通过捕捉子流域的出口点，再利用分水岭工具将流域划分为若干个小流域，

(2-2)面蒸发、面降雨量计算，具体为，利用ArcGIS中的泰森多边形工具，根据流域内雨量站对流域进行划分，计算每个多边形的面积，计算每个站点所代表的多边形面积占总流域面积的权重，根据每个站点的权重将各个站点的降雨量与蒸发量转换为流域的面雨量和面蒸发量，再根据历史资料的长度将数据划分为率定期与检验期，其中：