專利名稱：一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水文氣象，特別是涉及一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水文預(yù)報(bào)是根據(jù)前期和現(xiàn)時(shí)的水文、氣象等信息，對未來一定時(shí)段內(nèi)水文情勢做出的定性或定量預(yù)報(bào)。水文預(yù)報(bào)是水文學(xué)為經(jīng)濟(jì)和社會服務(wù)的重要方面，特別是對災(zāi)害性水文現(xiàn)象做出預(yù)報(bào)，對綜合利用大型水利樞紐做出短期、中期和長期的預(yù)報(bào)，作用很大。洪水預(yù)報(bào)是水文預(yù)報(bào)中很重要的一部分，洪水預(yù)報(bào)有很多種方法，其中一種是通過預(yù)測徑流來預(yù)報(bào)洪水，所述的徑流為在水文循環(huán)過程中，沿流域的不同路徑向河流、湖泊、沼澤和海洋匯集的水流。洪水預(yù)報(bào)中一個(gè)重要的領(lǐng)域是小流域的洪水預(yù)報(bào)。小流域通常是指二、三級支流以下以分水嶺和下游河道出口斷面為界集水面積在IOOkm2以下的相對獨(dú)立和封閉的自然匯水區(qū)域。水利上通常指面積小于IOOOkm2或河道基本上是在一個(gè)縣屬范圍內(nèi)的流域。由于小流域的山區(qū)監(jiān)測站點(diǎn)少甚至沒有站點(diǎn)，導(dǎo)致了水文資料匱乏，多采用人工預(yù)報(bào)。目前小流域洪水的人工預(yù)報(bào)主要是采用間接法推求，該方法首先是假定雨洪同頻，由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，主要方法有推理公式法、7綜合瞬時(shí)單位線法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、歷史洪水調(diào)查分析法等。推理公式法又稱“合理化公式”法，是基于暴雨形成洪水的基本原理推求設(shè)計(jì)洪水洪峰流量的方法。此種方法人為因素較大，缺乏理論基礎(chǔ)，因而導(dǎo)致對洪水的預(yù)報(bào)精度也比較低。因而，目前在小流域洪水的預(yù)報(bào)中，對洪水的預(yù)報(bào)精度較低，不能滿足對洪水預(yù)報(bào)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法及系統(tǒng)，以解決小流域的洪水預(yù)報(bào)精度低的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法，包括設(shè)置模型參數(shù)；輸入原始數(shù)據(jù)；通過分析原始數(shù)據(jù)判斷產(chǎn)流方式，若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，計(jì)算地表徑流，將所述地表徑流作為模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，計(jì)算土壤下滲量，并利用所述土壤下滲量計(jì)算基流和壤中流；當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流；當(dāng)土壤飽和時(shí)，還計(jì)算地表徑流，并根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模
6擬徑流。優(yōu)選的，所述設(shè)置模型參數(shù)，包括設(shè)置地下水補(bǔ)充系數(shù)，最大下滲損失，壤中流出流系數(shù)，地下徑流系數(shù)，下滲損失指數(shù)，土壤蓄水容量和截留儲存容量參數(shù)作為模型參數(shù)。優(yōu)選的，所述輸入原始數(shù)據(jù)，包括輸入未來某時(shí)段的氣象預(yù)報(bào)降雨量，和虛擬預(yù)報(bào)與實(shí)測流量相結(jié)合的數(shù)據(jù)，并輸入氣象因子作為原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)包括時(shí)段降雨量，植被截留儲蓄量，潛在蒸發(fā)能力，土壤濕度，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和地下水蓄水量。優(yōu)選的，當(dāng)產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流時(shí)，所述計(jì)算地表徑流，包括按照下述公式計(jì)算植被截留剩余流量INR = MAX [ (RAI N+1NS-1 NSC)，0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC 為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值；將所述植被截留剩余流量作為所述地表徑流。優(yōu)選的，計(jì)算土壤下滲量，包括下滲率與植被截留剩余流量中取最小的數(shù)值作為土壤下滲量；所述下滲率為0.95*^Χ—
L 」INF = COEFF X e 置其中，INF為下滲率，COEFF為最大下滲損失，S為下滲損失指數(shù)，SMS為土壤濕度， SMSC為土壤蓄水容量；所述植被截留剩余流量為INR = MAX[(RAIN+1NS-1NSC)，0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC 為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值。優(yōu)選的，利用所述土壤下滲量計(jì)算壤中流，包括按照下列公式計(jì)算壤中流SRUN = SUB χχ RMO
SMSC其中，SRUN為壤中流，SUB為壤中流出流系數(shù)，SMS為土壤濕度，SMSC為土壤蓄水容量，RMO為土壤下滲量。優(yōu)選的，利用所述土壤下滲量計(jì)算基流，包括根據(jù)土壤下滲量計(jì)算土壤蓄水量； 判斷土壤蓄水量是否達(dá)到飽和；當(dāng)土壤蓄水量達(dá)到飽和時(shí)，計(jì)算地下水蓄水量；判斷地下水蓄水量是否達(dá)到飽和；當(dāng)?shù)叵滤钏窟_(dá)到飽和時(shí)，計(jì)算基流。優(yōu)選的，根據(jù)土壤下滲量計(jì)算土壤蓄水量，包括土壤濕度加上土壤濕度補(bǔ)充量作為所述土壤蓄水量；土壤下滲量減去壤中流，再減去地下水蓄水補(bǔ)充量作為所述土壤濕度補(bǔ)充量。所述地下水蓄水補(bǔ)充量為REC = CRAK χ UxSMS X(RMO-SRUN)
SMSC+ SMS其中，REC為地下水蓄水量，CRAK為地下水補(bǔ)充系數(shù)，U為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，SMS為土壤濕度，SMSC為土壤蓄水容量，RMO為土壤下滲量，SRUN為壤中流。優(yōu)選的，計(jì)算地下水蓄水量，包括地下水蓄水補(bǔ)充量加上原始數(shù)據(jù)輸入的地下水蓄水量作為所述地下水蓄水量。優(yōu)選的，計(jì)算基流，包括地下徑流系數(shù)乘以地下水蓄水量作為所述基流。
優(yōu)選的，當(dāng)土壤飽和時(shí)，計(jì)算地表徑流，包括植被截留剩余流量減去土壤下滲量作為所述地表徑流。優(yōu)選的，當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流包括基流加上壤中流作為所述模擬徑流；當(dāng)土壤飽和時(shí)，根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流包括基流加上壤中流，再加上地表徑流作為模擬徑流。本發(fā)明還公開了一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，包括輸入模塊，用于設(shè)置模型參數(shù)，并輸入原始數(shù)據(jù)；超滲產(chǎn)流模塊，用于判斷產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流時(shí)，計(jì)算地表徑流，所述地表徑流將作為模擬徑流；蓄滿產(chǎn)流模塊，用于判斷產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流時(shí)，計(jì)算土壤下滲量，并利用所述土壤下滲量計(jì)算基流和壤中流；模擬徑流計(jì)算模塊，用于計(jì)算模擬徑流，若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，根據(jù)所述地表徑流得到模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流，當(dāng)土壤飽和時(shí)，還計(jì)算地表徑流，并根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流。優(yōu)選的，所述輸入模塊，包括模型參數(shù)設(shè)置子模塊，用于設(shè)置地下水補(bǔ)充系數(shù)，最大下滲損失，壤中流出流系數(shù)，地下徑流系數(shù)，下滲損失指數(shù)，土壤蓄水容量和截留儲存容量參數(shù)作為模型參數(shù)；原始數(shù)據(jù)輸入子模塊，用于輸入未來某時(shí)段的氣象預(yù)報(bào)降雨量，和虛擬預(yù)報(bào)與實(shí)測流量相結(jié)合的數(shù)據(jù)，并輸入氣象因子作為原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)包括時(shí)段降雨量，植被截留儲蓄量，潛在蒸發(fā)能力，土壤濕度，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和地下水蓄水量。優(yōu)選的，所述超滲產(chǎn)流模塊按照下述公式計(jì)算植被截留剩余流量INR = MAX[(RAIN+1NS-1NSC)，0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC 為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值；所述超滲產(chǎn)流模塊將所述植被截留剩余流量作為所述地表徑流。優(yōu)選的，所述蓄滿產(chǎn)流模塊包括土壤下滲量計(jì)算子模塊，用于計(jì)算土壤下滲量， 將下滲率與植被截留剩余流量中取最小的數(shù)值作為所述土壤下滲量；所述下滲率為
「0048權(quán)利要求
1.一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法，其特征在于，包括 設(shè)置模型參數(shù)；輸入原始數(shù)據(jù)；通過分析原始數(shù)據(jù)判斷產(chǎn)流方式，若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，計(jì)算地表徑流，將所述地表徑流作為模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，計(jì)算土壤下滲量，并利用所述土壤下滲量計(jì)算基流和壤中流；當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流； 當(dāng)土壤飽和時(shí)，還計(jì)算地表徑流，并根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置模型參數(shù)，包括設(shè)置地下水補(bǔ)充系數(shù)，最大下滲損失，壤中流出流系數(shù)，地下徑流系數(shù)，下滲損失指數(shù)， 土壤蓄水容量和截留儲存容量參數(shù)作為模型參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，輸入原始數(shù)據(jù)，包括輸入未來某時(shí)段的氣象預(yù)報(bào)降雨量，和虛擬預(yù)報(bào)與實(shí)測流量相結(jié)合的數(shù)據(jù)，并輸入氣象因子作為原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)包括時(shí)段降雨量，植被截留儲蓄量，潛在蒸發(fā)能力，土壤濕度，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和地下水蓄水量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流時(shí)，所述計(jì)算地表徑流，包括按照下述公式計(jì)算植被截留剩余流量 INR = MAX[(RAIN+INS-INSC),0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值； 將所述植被截留剩余流量作為所述地表徑流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算土壤下滲量，包括 下滲率與植被截留剩余流量中取最小的數(shù)值作為土壤下滲量； 所述下滲率為游λ!INF = COEFF χ e 置其中，INF為下滲率，COEFF為最大下滲損失，S為下滲損失指數(shù)，SMS為土壤濕度，SMSC 為土壤蓄水容量；所述植被截留剩余流量為 INR = MAX[(RAIN+INS-INSC),0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述土壤下滲量計(jì)算壤中流，包括 按照下列公式計(jì)算壤中流SRUN = SUB χ χ RMO SMSC其中，SRUN為壤中流，SUB為壤中流出流系數(shù)，SMS為土壤濕度，SMSC為土壤蓄水容量， RMO為土壤下滲量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，利用所述土壤下滲量計(jì)算基流， 包括根據(jù)土壤下滲量計(jì)算土壤蓄水量； 判斷土壤蓄水量是否達(dá)到飽和； 當(dāng)土壤蓄水量達(dá)到飽和時(shí)，計(jì)算地下水蓄水量； 判斷地下水蓄水量是否達(dá)到飽和； 當(dāng)?shù)叵滤钏窟_(dá)到飽和時(shí)，計(jì)算基流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)土壤下滲量計(jì)算土壤蓄水量，包括 土壤濕度加上土壤濕度補(bǔ)充量作為所述土壤蓄水量；土壤下滲量減去壤中流，再減去地下水蓄水補(bǔ)充量作為所述土壤濕度補(bǔ)充量。 所述地下水蓄水補(bǔ)充量為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，計(jì)算地下水蓄水量，包括地下水蓄水補(bǔ)充量加上原始數(shù)據(jù)輸入的地下水蓄水量作為所述地下水蓄水量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，計(jì)算基流，包括 地下徑流系數(shù)乘以地下水蓄水量作為所述基流。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)土壤飽和時(shí)，計(jì)算地表徑流，包括 植被截留剩余流量減去土壤下滲量作為所述地表徑流。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流包括 基流加上壤中流作為所述模擬徑流；當(dāng)土壤飽和時(shí)，根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流包括 基流加上壤中流，再加上地表徑流作為模擬徑流。
13.一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征在于，包括 輸入模塊，用于設(shè)置模型參數(shù)，并輸入原始數(shù)據(jù)；超滲產(chǎn)流模塊，用于判斷產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流時(shí)，計(jì)算地表徑流，所述地表徑流將作為模擬徑流；蓄滿產(chǎn)流模塊，用于判斷產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流時(shí)，計(jì)算土壤下滲量，并利用所述土壤下滲量計(jì)算基流和壤中流；模擬徑流計(jì)算模塊，用于計(jì)算模擬徑流，若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，根據(jù)所述地表徑流得到模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流，當(dāng)土壤飽和時(shí)，還計(jì)算地表徑流，并根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入模塊，包括模型參數(shù)設(shè)置子模塊，用于設(shè)置地下水補(bǔ)充系數(shù)，最大下滲損失，壤中流出流系數(shù)，地下徑流系數(shù)，下滲損失指數(shù)，土壤蓄水容量和截留儲存容量參數(shù)作為模型參數(shù)；原始數(shù)據(jù)輸入子模塊，用于輸入未來某時(shí)段的氣象預(yù)報(bào)降雨量，和虛擬預(yù)報(bào)與實(shí)測流量相結(jié)合的數(shù)據(jù)，并輸入氣象因子作為原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)包括時(shí)段降雨量，植被截留儲蓄量，潛在蒸發(fā)能力，土壤濕度，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和地下水蓄水量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于 所述超滲產(chǎn)流模塊按照下述公式計(jì)算植被截留剩余流量 INR = MAX[(RAIN+INS-INSC),0]其中，INR為植被截留剩余流量，RIAN為時(shí)段降水量，INS為植被截流儲蓄量，INSC為截留儲蓄容量參數(shù)，MAX表示兩個(gè)數(shù)值中取大的數(shù)值；所述超滲產(chǎn)流模塊將所述植被截留剩余流量作為所述地表徑流。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄滿產(chǎn)流模塊包括土壤下滲量計(jì)算子模塊，用于計(jì)算土壤下滲量，將下滲率與植被截留剩余流量中取最小的數(shù)值作為所述土壤下滲量； 所述下滲率為
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，基流計(jì)算子模塊，包括土壤蓄水量計(jì)算單元，用于計(jì)算土壤蓄水量，土壤濕度加上土壤濕度補(bǔ)充量作為所述土壤蓄水量；土壤下滲量減去壤中流，再減去地下水蓄水補(bǔ)充量作為所述土壤濕度補(bǔ)充量。 所述地下水蓄水補(bǔ)充量為
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述模擬徑流計(jì)算模塊按下列方法計(jì)算得到 若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，將所述地表徑流作為模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，當(dāng)土壤不飽和時(shí)，基流加上壤中流作為模擬徑流，當(dāng)土壤飽和時(shí)，基流加上壤中流，再加上地表徑流作為模擬徑流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于陸氣耦合的小流域洪水預(yù)報(bào)方法及系統(tǒng)，以解決小流域的洪水預(yù)報(bào)精度低的問題。所述的方法包括設(shè)置模型參數(shù)；輸入原始數(shù)據(jù)；通過分析原始數(shù)據(jù)判斷產(chǎn)流方式，若產(chǎn)流方式是超滲產(chǎn)流，計(jì)算地表徑流，將所述地表徑流作為模擬徑流；若產(chǎn)流方式是蓄滿產(chǎn)流，計(jì)算土壤下滲量，并利用所述土壤下滲量計(jì)算基流和壤中流；當(dāng)土壤不飽和時(shí)，根據(jù)所述基流和壤中流計(jì)算得出模擬徑流；當(dāng)土壤飽和時(shí)，還計(jì)算地表徑流，并根據(jù)所述基流、壤中流和地表徑流計(jì)算得出模擬徑流。本發(fā)明適用于小流域的模擬徑流計(jì)算，通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，使得計(jì)算結(jié)果更加精確，適合短期或超短期的徑流預(yù)報(bào)，并且預(yù)報(bào)精度較高。
文檔編號G06F19/00GK102314554SQ20111022640
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者劉強(qiáng), 張 浩 申請人:大唐軟件技術(shù)股份有限公司