水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水文分析領(lǐng)域，特別涉及一種水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水文流量波動(dòng)情勢的研究主要用于天然河道水文情勢和不同人為干預(yù)工況下的 河道水文情勢分析，進(jìn)而為以防洪、發(fā)電、生態(tài)等為目標(biāo)的水庫調(diào)度提供決策支持。提高水 文流量波動(dòng)情勢識(shí)別的精度對(duì)于加強(qiáng)防洪安全和科學(xué)高效利用水資源具有重大意義。水文 流量是時(shí)間序列過程。目前國內(nèi)外關(guān)于時(shí)間序列的波動(dòng)情勢研究方法主要從時(shí)間序列的變 幅、標(biāo)準(zhǔn)差、變化率等方面進(jìn)行識(shí)別。現(xiàn)有的方法多集中于通過差值以刻畫時(shí)間序列過程在 數(shù)量上的波動(dòng)，對(duì)于時(shí)間序列過程在形態(tài)上的波動(dòng)則少有涉及。鑒于此，如能在數(shù)量上和形 態(tài)上同時(shí)對(duì)水文流量的波動(dòng)情勢加以識(shí)別則可為水庫調(diào)度提供有力參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別方案， 以分析水文流量的波動(dòng)情勢。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別方法，包括如下步驟：
[0005] 步驟1，解析水文流量過程線，所述水文流量過程線是在直角坐標(biāo)系中，根據(jù)水文 流量的過程，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以水文流量q為縱坐標(biāo)得到；解析過程包括將水文流量 過程線解析為由若干點(diǎn)連接組成，設(shè)共有N個(gè)點(diǎn)，分別作為控制點(diǎn)并由左至右編號(hào)依次為 1，2,…，N，第i個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)記為（h，q;)，i = 1，2, · · ·，N ;
[0006] 步驟2,計(jì)算水文流量離散彳：
其中i為水文流量的平均值， :步驟3,篩選水文流量極值序列，實(shí)現(xiàn)如下， Ni:'
[0007] 首先，計(jì)算水文流量變化率％，其中ii = 1，2,…，N-l，Ic11為水文流量 tU 過程線中的第ii個(gè)控制點(diǎn)到第ii+Ι個(gè)控制點(diǎn)之間的變化率；
[0008] 然后，判斷水文流量極值，生成水文流量極值序列，實(shí)現(xiàn)如下，
[0009] 取標(biāo)記序列{ a i = 1，2, · · ·，N，標(biāo)記α ;的確定方式為，當(dāng)i = 1時(shí)，α 1 ; 當(dāng)i = 2, . . .，N-I時(shí)，若對(duì)應(yīng)的水文流量變化率Ic1 i X k# 0,則a i = 1，否則a i = 〇 ;當(dāng) i = N 時(shí)，α ; = 1 ;
[0010] 以標(biāo)記序列為標(biāo)識(shí)，若Ct1= l，i = 1，...，N，則將水文流量過程線中的第i個(gè)控 制點(diǎn)（Uq1)按i值從小到大記為水文流量極值序列；設(shè)水文流量極值序列中有M個(gè)控制 N. 點(diǎn)，其中第m個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)記為（tm, qm)，其中m = 1，2,. . . M，M ; ：?=1
[0011] 步驟4,計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角θ，實(shí)現(xiàn)如下，
[0012] 首先，計(jì)算水文流量極值變化率C ，其中mm = 1，…，M-I ;其中， V ""為水文流量極值序列中的第mm個(gè)控制點(diǎn)到第mm+l個(gè)控制點(diǎn)之間的變化率；
[0013] 然后，計(jì)算極值處轉(zhuǎn)角Θηη，如下，
[0014] 若 M = 2,此時(shí) mm' = 1，Θ 臟，=arctan( I k' 」）；
[0015] 若M>2,此時(shí)mm' = 1，···，Μ-2,當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率I m，與I "，+1 異號(hào)則θ mm，= arctan I k' mm，I +arctan I k' m，+11，當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率k' mm，與 k' nn，+1 同號(hào)則 Θ nn，= Iarctank' nn，_arctank' nn，+1| ;
[0016] 其中，Θ nn，為水文流量極值序列中的第mm'個(gè)控制點(diǎn)到第mm' +1個(gè)控制點(diǎn)的轉(zhuǎn) 角；
[0017] 最后，計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角Θ如下，
[0018] 當(dāng) M = 2 時(shí)，θ = Θ 臟'；
[0019] 當(dāng) M>2 時(shí)
[0020] 其中，Θ >J7」v乂狐垔w但τ的各控制點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)角的平均值；
[0021] 步驟5,計(jì)算水文流量的波動(dòng)情勢值Ω，Ω = σ + θ，得到水文流量的波動(dòng)程度分 析結(jié)果，波動(dòng)情勢值Ω越大則水文流量的波動(dòng)程度越劇烈。
[0022] 本發(fā)明還相應(yīng)提供一種水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別系統(tǒng)，包括如下模塊，
[0023] 初始解析模塊，用于解析水文流量過程線，所述水文流量過程線是在直角坐標(biāo)系 中，根據(jù)水文流量的過程，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，以水文流量q為縱坐標(biāo)得到；解析過程包括將 水文流量過程線解析為由若干點(diǎn)連接組成，設(shè)共有N個(gè)點(diǎn)，分別作為控制點(diǎn)并由左至右編 號(hào)依次為1，2,…，N，第i個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)記為Ct 1, qj, i = 1. 2.....N ：
[0024] 離散值提取模塊，用于計(jì)算水文流量離散彳
，其中?為水文流 量的平均值，？=77Σ.α ; jy. !=ι
[0025] 水文流量極值序列提取模塊，用于篩選水文流量極值序列，實(shí)現(xiàn)如下， G-J1 一 Q
[0026] 首先，計(jì)算水文流量變化率& = / ,〃，其中ii = 1，2, "·，Ν_1，為水文流量 1UU iU 過程線中的第ii個(gè)控制點(diǎn)到第ii+ι個(gè)控制點(diǎn)之間的變化率；
[0027] 然后，判斷水文流量極值，生成水文流量極值序列，實(shí)現(xiàn)如下，
[0028] 取標(biāo)記序列{ a i = 1，2, · · ·，N，標(biāo)記α ;的確定方式為，當(dāng)i = 1時(shí)，α 1 ; 當(dāng)i = 2, . . .，N-I時(shí)，若對(duì)應(yīng)的水文流量變化率Ic1 i X k# 0,則a i = 1，否則a i = 〇 ;當(dāng) i = N 時(shí)，α ; = 1 ;
[0029] 以標(biāo)記序列為標(biāo)識(shí)，若Ct1= l，i = 1，...，N，則將水文流量過程線中的第i個(gè)控 制點(diǎn)（Uq1)按i值從小到大記為水文流量極值序列；設(shè)水文流量極值序列中有M個(gè)控制 點(diǎn)，其中第m個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)記為（tn, qn)，其中m = 1，2,…M，M = ^; i^\
[0030] 極值序列轉(zhuǎn)角提取模塊，用于計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角θ，實(shí)現(xiàn)如下， Q ,, _ Q
[0031] 首先，計(jì)算水文流量極值變化率人"? ，其中mm= I,..., M-I ;其中，km 【mm-hl 1 mm 為水文流量極值序列中的第mm個(gè)控制點(diǎn)到第mm+l個(gè)控制點(diǎn)之間的變化率；
[0032] 然后，計(jì)算極值處轉(zhuǎn)角θηη，如下，
[0033] 若 M = 2,此時(shí) mm' = 1，Θ 臟，=arctan( I k' 」）；
[0034] 若M>2,此時(shí)mm' = 1，···，Μ-2,當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率k' m，與k' ".+1 異號(hào)則θ mm，= arctan I k' mm，I +arctan I k' m，+11，當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率k' mm，與 k' nn，+1 同號(hào)則 Θ nn，= Iarctank' nn，_arctank' nn，+1| ;
[0035] 其中，Θ nn，為水文流量極值序列中的第個(gè)控制點(diǎn)到第+1個(gè)控制點(diǎn)的轉(zhuǎn) 角；
[0036] 最后，計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角Θ如下，
[0037] 當(dāng) M = 2 時(shí)，θ = Θ-，：
[0038] 當(dāng) M>2 時(shí)
[0039] 其中，Θ為水文流量極值序列中的各控制點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)角的平均值；
[0040] 分析結(jié)果輸出模塊，用于計(jì)算水文流量的波動(dòng)情勢值Ω，Ω = σ + Θ，得到水文流 量的波動(dòng)程度分析結(jié)果，波動(dòng)情勢值Ω越大則水文流量的波動(dòng)程度越劇烈。
[0041] 本發(fā)明所提供水文流量波動(dòng)情勢識(shí)別技術(shù)方案，通過自動(dòng)化提煉過程線的離散值 和轉(zhuǎn)角值以判斷水文流量的波動(dòng)情勢，提供了新的判斷方法，結(jié)果簡單明了，實(shí)施簡便易 行。對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，首次提出從數(shù)量和形態(tài)的角度定量地分析了水文流量的波動(dòng)情勢，是本
技術(shù)領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新，有利于水文流量波動(dòng)情勢的判斷，對(duì)于水庫調(diào)度具有重要意義，具有 重要的推廣使用價(jià)值。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的某水文站的實(shí)測水文流量（日平均）過程線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 為了使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案、優(yōu)點(diǎn)更加清晰，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 和附圖來介紹本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0044] 本發(fā)明實(shí)施例包括以下步驟，具體實(shí)施時(shí)可采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行：
[0045] 步驟1，解析水文流量過程線
[0046] 所述水文流量過程線是在直角坐標(biāo)系中，根據(jù)水文流量的過程，以時(shí)間t為橫坐 標(biāo)，以水文流量q為縱坐標(biāo)得到；解析過程包括將水文流量過程線解析為由若干點(diǎn)連接組 成，設(shè)共有N個(gè)點(diǎn)，分別作為控制點(diǎn)并由左至右編號(hào)依次為1，2, -·，Ν，Ν多3,第i個(gè)控制點(diǎn) 坐標(biāo)記為（h，q;)，i = 1，2, · · ·，N ;
[0047] 步驟2,計(jì)算水文流量離散值
，其中^為水文流量的平均值，BP \ -4- "1 J=i
[0048] 步驟3，篩選水文流量極值序列
[0049] 首先，計(jì)算水文流量變化率心=廠'其中ii = 1，2, -·，Ν-1。其中，為水 hm tU 文流量過程線中的第ii個(gè)控制點(diǎn)到第ii+ι個(gè)控制點(diǎn)之間的變化率。
[0050] 然后，判斷水文流量極值，生成水文流量極值序列：
[0051] 取標(biāo)記序列{ a i = 1，2, · · ·，N，標(biāo)記α ;的確定方式為，當(dāng)i = 1時(shí)，α 1 ; 當(dāng) i = 2, · · ·，N-I 時(shí)，若 Ici iXk# 0,則 α 1，否則 α ; = 〇 ;當(dāng) i = N 時(shí)，α 1。艮|] a 1時(shí)相應(yīng)控制點(diǎn)為極值點(diǎn)。
[0052] 以標(biāo)記序列為標(biāo)識(shí)，若Ct1= l(i = 1，...，Ν)，則將水文流量過程線中的第i個(gè)控 制點(diǎn)（Uq1)按i值從小到大記為水文流量極值序列。由此得到水文流量極值序列，設(shè)水文 流量極值序列中有M個(gè)控制點(diǎn)，其中第m個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)記為qj，其中m = 1，2, ... M， 顧，M彡2。步驟4,計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角Θ i 二I
[0053] 實(shí)施例采用弧度制，首先，計(jì)算水文流量極值變化率
其中mm = 1, -,Μ-1〇
[0054] 其中，k' ""為水文流量極值序列中的第mm個(gè)控制點(diǎn)到第mm+1個(gè)控制點(diǎn)之間的變 化率。
[0055] 然后，計(jì)算極值處轉(zhuǎn)角θηη，如下，
[0056] 若 M = 2,此時(shí) mm' = 1，Θ 臟，=arctan( I k' 」）；
[0057] 若M>2,此時(shí)mm' = 1，···，Μ-2,當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率I m，與I ".+1 異號(hào)則θ mm，= arctan I k' mm，I +arctan I k' m，+11，當(dāng)對(duì)應(yīng)的水文流量極值變化率k' mm，與 k' nn，+1 同號(hào)則 Θ nn，= Iarctank' nn，_arctank' nn，+1| ;
[0058] 其中，Θ m，為水文流量極值序列中的第mm'個(gè)控制點(diǎn)到第mm' +1個(gè)控制點(diǎn)的轉(zhuǎn)角。
[0059] 最后，計(jì)算水文流量極值序列轉(zhuǎn)角Θ :當(dāng)M = 2時(shí)，Θ = 0nn，；iM>2時(shí)，
[0060] 其中，Θ為水文