CN105160178A

CN105160178A - 一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法

Info

Publication number: CN105160178A
Application number: CN201510556510.1A
Authority: CN
Inventors: 郭俊; 陆佳政; 张红先; 李波; 方针; 徐勋建
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; Disaster Prevention and Mitigation Center of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; Disaster Prevention and Mitigation Center of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: CN105160178B

Abstract

本发明公开了一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，包括以下步骤：(1)获取所述水库流域所控制的流域范围；(2)以流域内的流量控制站为节点，获取各节点所控制的子流域范围；(3)计算各子流域内雨量站间观测数据的差异程度Z；(4)Z值小于阈值Z_T的子流域不需再细分；否则需要细化；(5)计算各两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S；(6)若两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S小于阈值S_T，则此两相邻子流域合并为一个；(7)重复步骤(5)～(6)，直至各子流域均不可合并。本发明的方法能考虑流域降雨空间分布的不均匀性，可为水库流域子流域划分提供一种科学合理的方法。

Description

一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法

技术领域

本发明涉及水文分析技术领域，具体涉及一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法。

背景技术

近年来，受极端气候的影响，水库流域暴雨频发，当暴雨发生时，若没有准确可靠的暴雨水情预测信息作为指导，水库将无法及时调整运行方式，容易造成水库发生大量弃水，严重时甚至会影响大坝安全及水库下游防洪安全，因此，准确可靠的水库流域水雨情预测显得尤为重要。由于流域降雨存在空间分布不均性，为提高水库流域水雨情预测准确性，一种可行的方法是将整个流域划分为若干个小的子流域。现有的子流域划分方法主要为：首先基于流域数字高程数据分析流域范围，然后以流域内建设的关键流量观测站点为控制节点，划分得到各子流域。但是，该类方法没有考虑水库流域降雨空间分布特征，当流域内流量观测站点设置较多时，子流域划分的过于细致，子流域划分的数量庞大，增大了水雨情预测的计算量；而当流域内流量观测站点设置较少时，子流域划分的过于粗略，影响了水雨情预测的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种既能充分反应流域降雨分布不均性、又能降低水雨情预测计算量的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，包括以下步骤：

(1)根据数字高程数据，采用常规方法，获取待划分的水库流域所控制的流域范围；

(2)以所述流域范围内的流量控制站为节点，根据数字高程数据，获取各节点所控制的子流域范围；

(3)根据所述子流域范围内的雨量站的观测数据，计算各子流域内雨量站间观测数据的差异程度，计算公式如下：

Z = \frac{1}{m n} \sqrt{Σ_{j = 1}^{m} Σ_{i = 1}^{n} {(x_{i j} - {\overset{&OverBar;}{x}}_{i})}^{2}}

式中，n为子流域内雨量站观测数据的时段数；m为子流域内雨量站个数；x_ij为子流域第j个雨量站第i个时段的观测值；为第i个时段子流域内所有雨量站观测值的平均；Z为子流域内雨量站间观测数据的差异程度；Z越大表示子流域内雨量站的差异程度越大，当子流域内所有雨量站观测数据完全相同时Z的值为0；

(4)设子流域内雨量站间观测数据的差异程度阈值为Z_T，将步骤(3)计算得到的各子流域内雨量站间观测数据的差异程度Z与Z_T进行比较，Z值小于阈值Z_T的子流域不需再细分；Z值大于或等于阈值Z_T的子流域需要进一步细化，细化的方式为根据该子流域的水系发育特征采用常规方法将该子流域内差异程度大的雨量站划分至不同的子流域，直到细化的子流域内雨量站差异程度Z小于阈值Z_T；

(5)当各子流域均不需再分后，计算各两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S，计算公式如下：

S = \frac{1}{n} \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {({\overset{&OverBar;}{x}}_{i} - {\overset{&OverBar;}{y}}_{i})}^{2}}

式中，n为两子流域雨量观测数据的时段数；为子流域x第i个时段流域内所有雨量站观测值的平均；为与x相邻的子流域y第i个时段流域内所有雨量站观测值的平均；S为两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度；

(6)设两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度阈值为S_T，将步骤(5)计算得到的各两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S与S_T进行比较，若两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S小于阈值S_T，则此两相邻子流域合并为一个；

(7)重复步骤(5)～(6)，直至各子流域均不可合并。

上述的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，优选的，Z_T的取值范围为1～5。

上述的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，优选的，S_T的取值范围为2～5。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，充分考虑流域降雨空间分布的不均匀性，同时将相似的子流域进行合并，尽可能减少流域水雨情的计算量，为水库流域子流域划分提供了一种科学合理的方法。该方法思路清晰，操作方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例水库流域所控制的流域范围示意图。

图2为本发明实施例的水库流域中子流域所控制的流域范围示意图。

图3为本发明实施例的水库流域中子流域经细化后所控制的流域范围示意图。

图4为本发明实施例的水库流域中子流域经合并后所控制的流域范围示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

一种本发明的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，包括以下步骤：

(1)根据数字高程数据，采用常规方法，通过数字高程数据填洼、栅格流向计算、栅格累积汇流量计算、河网提取、流域范围提取等步骤获得本实施例的某水库流域所控制的流域范围，如图1所示。

(2)以该水库流域范围内设置的4个流量控制站为节点，采用同步骤(1)的方法获得各节点所控制的子流域范围，即将该流域划分为4个子流域(A、B、C和D)，如图2所示。

(3)根据各子流域内雨量站观测数据，计算4个子流域内雨量站间观测数据的差异程度，计算公式如下：

Z = \frac{1}{m n} \sqrt{Σ_{j = 1}^{m} Σ_{i = 1}^{n} {(x_{i j} - {\overset{&OverBar;}{x}}_{i})}^{2}} - - - (1)

式(1)中，n为子流域内雨量站观测数据的时段数；m为子流域内雨量站个数；x_ij为子流域第j个雨量站第i个时段的观测值；为第i个时段子流域内所有雨量站观测值的平均；Z为子流域内雨量站间观测数据的差异程度；Z越大表示子流域内雨量站的差异程度越大，当子流域内所有雨量站观测数据完全相同时Z的值为0；

按照式(1)计算(计算过程省略)得出本实施例计算结果为：子流域A内雨量站间观测数据的差异程度Z＝1.5；子流域B内雨量站间观测数据的差异程度Z＝0.5；子流域C内雨量站间观测数据的差异程度Z＝1；子流域D内雨量站间观测数据的差异程度Z＝6。

(4)设子流域内雨量站间观测数据的差异程度阈值Z_T，将步骤(3)计算得到的各子流域内雨量站间观测数据的差异程度Z与Z_T进行比较，Z值小于阈值Z_T的子流域不需再细分；否则，该子流域需要进一步细化，细化的方式即根据该子流域的水系发育特征采用常规方法将该子流域内差异程度大的雨量站划分至不同的子流域，直到细化的子流域内雨量站差异程度Z小于阈值Z_T。

本实例中Z_T设为2，由步骤(3)中的计算结果可知子流域A、B、C均为不可再分，而子流域D需要进一步细化，因此，将子流域D内差异程度大的雨量站划分成不同的子流域E和F，直到细化的子流域内雨量站差异程度Z小于阈值2，细化的结果如图3所示。

(5)当各子流域均不需再分后，计算各两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S，计算公式如式(2)：

S = \frac{1}{n} \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {({\overset{&OverBar;}{x}}_{i} - {\overset{&OverBar;}{y}}_{i})}^{2}} - - - (2)

式(2)中，n为两子流域雨量观测数据的时段数；为子流域x第i个时段流域内所有雨量站观测值的平均；为与x相邻的子流域y第i个时段流域内所有雨量站观测值的平均；S为各相邻子流域雨量站观测数据的差异程度。

本实施例的计算(计算过程省略)结果如下：A与B的差异程度S＝2.5；A与C的差异程度S＝1.5；B与E的差异程度S＝3；B与C的差异程度S＝4.5；C与E的差异程度S＝3.3；C与F的差异程度S＝4.2；E与F的差异程度S＝2.8。

(6)设两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度阈值为S_T，将步骤(5)计算得到的各两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S与S_T进行比较，若两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S小于阈值S_T，则此两相邻子流域合并为一个。

本实例中设两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度阈值S_T为2，由步骤(5)中计算值可知，子流域A与子流域C雨量站观测数据的差异程度小于阈值2，可以合并为1个G，合并后的结果如图4所示。

(7)合并后，再次计算各两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度S，计算公式如式(2)。

本实施例计算结果为：B与E的差异程度S＝3；B与G的差异程度S＝3.5；E与G的差异程度S＝4.5；F与G的差异程度S＝3.8。

由上述计算值可知，各两两相邻子流域雨量站观测数据的差异程度均大于阈值2，上述子流域均不可再合并，即为最终得到的水库流域子流域划分结果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

Z = \frac{1}{m n} \sqrt{Σ_{j = 1}^{m} Σ_{i = 1}^{n} {(x_{i j} - {\overset{&OverBar;}{x}}_{i})}^{2}}

式中，n为子流域内雨量站观测数据的时段数；m为子流域内雨量站个数；x_ij为子流域第j个雨量站第i个时段的观测值；为第i个时段子流域内所有雨量站观测值的平均；Z为子流域内雨量站间观测数据的差异程度，Z越大表示子流域内雨量站的差异程度越大，当子流域内所有雨量站观测数据完全相同时Z的值为0；

(4)设子流域内雨量站间观测数据的差异程度阈值为Z_T，将步骤(3)计算得到的各子流域内雨量站间观测数据的差异程度Z与Z_T进行比较，Z值小于阈值Z_T的子流域不需再细分；Z值大于或等于阈值Z_T的子流域需要进一步细化，直到细化的子流域内雨量站差异程度Z小于阈值Z_T；

S = \frac{1}{n} \sqrt{Σ_{i = 1}^{n} {({\overset{&OverBar;}{x}}_{i} - {\overset{&OverBar;}{y}}_{i})}^{2}}

(7)重复步骤(5)～(6)，直至各子流域均不可合并。

2.根据权利要求1所述的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，所述Z_T的取值范围为1～5。

3.根据权利要求1所述的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，所述S_T的取值范围为2～5。

4.根据权利要求1所述的考虑降雨空间分布特征的水库流域子流域划分方法，所述步骤(4)中，细化的方式为根据该子流域的水系发育特征采用常规方法将该子流域内差异程度大的雨量站划分至不同的子流域。