JP2023166977A - Adaptive division method for rainfall runoff frequency in period - Google Patents

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Abstract

To provide an adaptive division method for the rainfall runoff frequency in a period.SOLUTION: A method includes: a step S1 of collecting continuous rainfall runoff data in a known region; a step S2 of automatically calculating and recognizing peaks and valleys; a step S3 of automatically dividing the frequency of rainfall, recognizing the start and end times of rainfall, and calculating the cumulative rainfall amount every time; a step S4 of automatically dividing the frequency of rainfall runoff, and recognizing the start and end times of corresponding frequency of floods based on the start and end times of rainfall; a step S5 of recognizing the number of peaks in the single flood, and specifying the number of peaks in the flood based on the difference between the peaks and valleys in the single flood; a step S6 of calculating the correlation coefficient between the cumulative rainfall amount and the maximum increase range of flow rate in the single rainfall runoff; a step S7 of optimizing a parameter; and a step S8 of selecting a rainfall runoff process satisfying requirements.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水文予報の分野に関し、特に期間内の降雨流出回数の適応分割方法に関する。 The present invention relates to the field of hydrological forecasting, and more particularly to a method for adaptively dividing the number of rainfall runoffs within a period.

ある程度の降雨によって川の断面流量が変動すると、降雨が必ずしも流量を変動させるとは限らない。逆に、川の流量の変動は降雨によるものである可能性があり、上流の流量の変動やダムの開門などの原因によるものである可能性がある。現在、連続的な水文資料から1回の洪水を抽出するのは比較的容易であるが、完全な降雨流出の抽出は、主に人工的に経験的に認識され、効率が低いか、あるいは1回の洪水に対応する降雨を厳格に抽出することができず、抽出結果の正確性が低い。 If a certain amount of rainfall changes the cross-sectional flow of a river, rainfall does not necessarily change the flow. Conversely, fluctuations in river flow may be due to rainfall, and may be due to other causes such as upstream flow fluctuations or dam openings. Currently, it is relatively easy to extract a single flood from continuous hydrological data, but the extraction of complete rainfall runoff is mainly artificial and empirically recognized, with low efficiency or It is not possible to strictly extract the rainfall that corresponds to the floods, and the accuracy of the extraction results is low.

公開番号CN109785979Aの発明特許出願には、洪水降雨流出プロセスの定義方法が開示され、該方法は、洪水ピークの流量の数学認識方法を与えるが、洪水及び降雨の開始終了時間に対して、いずれも具体的な認識方法を提供しておらず、人工的に判定する必要がある。公開番号CN112561214Aの発明特許出願には、洪水回数を自動的に認識する方法及びシステムが開示されており、該発明は、降雨プロセスの開始終了位置を具体的に探す方法を提供しておらず、降雨プロセスと洪水プロセスとを関連付けていないため、実施例3において、分割結果の3回目及び5回目の洪水の持続時間が長すぎてしまう。公開番号CN110929956Bの発明特許出願には、機械学習に基づく洪水のタイムリーな予報方案の好適な方法が開示されており、該発明には、以下のことが記述されている。降雨と洪水とを関連付ける方法は、降雨イベントの質量中心が洪水イベントに関連する所定の時間窓に属すると、降雨イベントと洪水イベントが相関イベントであると考えるが、降雨イベントが凹み変形であり、その質量中心が時間窓に入ることが困難であり、且つ該特許には、時間窓の時間長を如何に設定するかが記述されていない。 The invention patent application with publication number CN109785979A discloses a method for defining a flood rainfall runoff process, which provides a mathematical recognition method for flood peak discharge, but for both flood and rainfall start and end times. No specific recognition method is provided, and it is necessary to make an artificial determination. The invention patent application with publication number CN112561214A discloses a method and system for automatically recognizing the number of floods, but the invention does not provide a method to specifically search for the start and end position of the rainfall process; Since the rainfall process and the flood process are not associated, in the third embodiment, the durations of the third and fifth floods as a result of division are too long. The invention patent application with publication number CN110929956B discloses a preferred method for timely forecasting of floods based on machine learning, and the invention describes the following: The method of relating rainfall and flooding is that if the center of mass of the rainfall event belongs to a predetermined time window related to the flooding event, then the rainfall event and the flooding event are considered to be correlated events, but if the rainfall event is a concavity deformation, It is difficult for the center of mass to fit into the time window, and the patent does not describe how to set the time length of the time window.

降雨流出回数は、流域の降雨流出を研究する主要データであり、水文予報の基礎資料であるため、降雨流出回数を合理的且つ正確に抽出できる方法を研究し、人工的経験を科学法則にまとめ、コンピュータ言語を用いて自動的で大量に処理し、降雨流出回数を迅速且つ効率的に分割することができる。 The number of rainfall runoffs is the main data for studying rainfall runoff in a basin and is the basic data for hydrological forecasting, so we researched methods that can rationally and accurately extract the number of rainfall runoffs, and summarized artificial experience into scientific laws. , can be automatically processed in large quantities using computer language, and the number of rainfall runoff can be divided quickly and efficiently.

本発明が解決しようとする技術課題は、期間内の降雨流出回数の適応分割方法を提供し、関連する洪水と降雨とが1回の完全な降雨流出を形成し、降雨流出の回数を分割する正確率を向上させ、且つ適応度が高く、完全に自動化を実現でき、迅速且つ効率的に降雨流出回数を分割できる。 The technical problem to be solved by the present invention is to provide an adaptive dividing method for the number of rain runoffs within a period, so that related floods and rainfall form one complete rain runoff, and divide the number of rain runoffs. It improves the accuracy rate, has high adaptability, can realize complete automation, and can quickly and efficiently divide the number of rainfall runoffs.

上記技術課題を解決するために、本発明の用いる技術的解決手段は以下のとおりである。上記技術課題を解決するために、本発明の用いる技術的解決手段は以下のとおりである。期間内の降雨流出回数の適応分割方法であって、
既知領域の連続的な降雨流出データを収集するステップS1と、
ピークと谷を自動的に計算して認識するステップS2と、
降雨の回数を自動的に分割し、降雨強度閾値及び降雨間隔時間閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間を認識し、毎回の累積降雨量を計算するステップS3と、
降雨流出の回数を自動的に分割し、時間窓閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間に基づいて、対応する回数の洪水の開始及び終了時間を認識するステップS4と、
1回の洪水のピークの数を認識し、1回の洪水におけるピークと谷との差に基づいて、洪水のピークの数を特定するステップS5と、
相関係数を計算するステップS6であって、1回の降雨流出の累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数を計算するステップS6と、
パラメータを最適化させるステップS7であって、最適化の評価指標は、ステップS6において累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数が最大であり、且つ洪水のピークの数が増えるにつれて相関係数が低減することを満たすことであるステップS7と、
要件を満たす降雨流出プロセスを選別するステップS8とを含む。
In order to solve the above technical problem, the technical solutions used by the present invention are as follows. In order to solve the above technical problem, the technical solutions used by the present invention are as follows. An adaptive dividing method for the number of rainfall runoff within a period, the method comprising:
Step S1 of collecting continuous rainfall runoff data in a known area;
Step S2 of automatically calculating and recognizing peaks and valleys;
step S3 of automatically dividing the number of rainfalls, setting a rainfall intensity threshold and a rainfall interval time threshold, recognizing the start and end times of rainfall, and calculating the cumulative rainfall amount each time;
Step S4: automatically dividing the number of rain runoffs, setting a time window threshold, and recognizing the start and end times of the corresponding number of floods based on the start and end times of the rain;
Step S5 of recognizing the number of peaks of one flood and identifying the number of peaks of flood based on the difference between the peak and the valley in one flood;
Step S6 of calculating a correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum of one rain runoff and the maximum increase width Q n up of the flow rate;
In step S7 of optimizing the parameters, the optimization evaluation index is such that the correlation coefficient between the cumulative rainfall p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is the maximum in step S6, and the peak of the flood is step S7, which satisfies that the correlation coefficient decreases as the number increases;
Step S8 of selecting rain runoff processes that meet the requirements.

前記ステップS1は、
既知領域に含まれる、分割する必要があり且つ連続して途切れない流量データ及び時間配列を収集するステップS11と、
ステップS11における対応する集水区域の面積降水量及び時間配列を取得し、時間ステップサイズが同じであり、且つデータが連続して途切れないことを要求し、分割する必要があるデータの前後にバッファ期間を設定するステップS12とを含む。
The step S1 is as follows:
Step S11 of collecting flow rate data and time sequence that need to be divided and are continuous and uninterrupted, which are included in the known area;
Acquire the area precipitation amount and time sequence of the corresponding water catchment area in step S11, request that the time step size is the same and that the data is continuous and uninterrupted, and create a buffer before and after the data that needs to be divided. Step S12 of setting a period is included.

好適な方案では、前記ステップS2は、
鋸歯状特徴が明らかな流量プロセスに対して平滑化処理を行い、平滑な流量プロセスを直接使用するステップS21と、
流量データに対してピークと谷のマーキングを行い、ピーク流量とピーク時点、及び谷流量と谷時点を記録し、下式に従ってピーク流量とピーク時点を判断し、
q’t-1<q’ 且つ q’>q’t+1
式では、q’は平滑化流量であり、q’t-1、q’、q’t+1はt-1、t、t+1時点での平滑化流量であり、t時点はピーク時点であり、該時点に対応する元の流量はピーク流量であり、
下式に従って谷流量と谷時点を判断し、
q’t-1>q’ 且つ q’<q’t+1
t時点は谷時点であり、該時点に対応する元の流量は谷流量であるステップS22と、
ピーク時点とそれに対応するピーク流量、及び谷時点とそれに対応する谷流量を時間順に記録し、符号化するステップS23とを含む。
In a preferred solution, the step S2 includes:
Step S21 of performing smoothing processing on a flow rate process with obvious sawtooth characteristics and directly using the smooth flow rate process;
Mark the peak and valley on the flow rate data, record the peak flow rate and peak time, and the valley flow rate and valley time, determine the peak flow rate and peak time according to the formula below,
q' t-1 <q' t and q' t >q' t+1
In the formula, q' is the smoothed flow rate, q' t-1 , q' t , q' t+1 are the smoothed flow rates at t-1, t, and t+1, and t is the peak time, The original flow rate corresponding to that point in time is the peak flow rate;
Determine the valley flow rate and valley point according to the formula below,
q' t-1 >q' t and q' t <q' t+1
a step S22 in which the time point t is a valley time point and the original flow rate corresponding to the time point is a valley flow rate;
The method includes a step S23 of recording and encoding the peak time and the corresponding peak flow rate, and the trough time and the corresponding valley flow rate in time order.

好適な方案では、前記ステップS21において、平滑化処理は、Savitzky-Golayフィルターを用い、計算式は以下のとおりであり、
フィルターの平滑化窓の幅がn=2m+1であると仮定し、各測定データX=(x,x,.....,x)はk-1次多項式を用いて窓内のデータをフィッティングし、xは多項式を用いてフィッティングすることができ、
p(x)=a+a+a +...+ak-1 k-1
パラメータm、kの決定評価指標は、決定可能係数R又はNash-Sutcliffe効率係数(NSE)を含み、R又はNSEが大きいほど、パラメータが好適であり、決定可能係数Rの計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000002
Nash-Sutcliffe効率係数(NSE)の計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000003
式では、yは観測値であり、
Figure 2023166977000004
は観測値の平均値であり、
Figure 2023166977000005
はフィッティング値であり、y predはフィッティング値である。 In a preferred method, in step S21, the smoothing process uses a Savitzky-Golay filter, and the calculation formula is as follows:
Assuming that the width of the smoothing window of the filter is n= 2m +1, each measurement data Fitting the data, x i can be fitted using a polynomial,
p(x i )=a 0 +a 1 x i +a 2 x i 2 +. .. .. +a k-1 x i k-1
The determination evaluation index for the parameters m and k includes the determinable coefficient R 2 or the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), and the larger R 2 or NSE, the more suitable the parameter is, and the calculation formula for the determinable coefficient R 2 is It is as follows,
Figure 2023166977000002
The formula for calculating the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) is as follows:
Figure 2023166977000003
In the formula, y i is the observed value,
Figure 2023166977000004
is the average value of the observed values,
Figure 2023166977000005
is the fitting value and y i pred is the fitting value.

好適な方案では、前記ステップS3は、
期間内の降雨データの充填処理を行い、無降雨時点に0mmの降雨量を充填するステップS31と、
降雨の開始及び終了時間を認識するステップ32であって、期間内の降雨閾値パラメータPmin及び降雨の最大間隔時間閾値パラメータTstopを設定し、期間内の降雨の連続的なTstop時間がPmin値よりも小さい場合、2回の降雨として識別し、連続的な降雨がPmin値よりも小さく、時間がTstop値よりも小さい場合、1回の降雨として識別し、計算式は以下のとおりであり、
diff=t-ti-1
式では、tは降雨がPminよりも大きい時点であり、tとti-1は該時点と前の隣接する時点を表し、diffがTstopよりも大きい場合、ti-1は1回前の降雨の終了時点であり、tは今回の降雨の開始時点であるステップS32と、
毎回の累積降雨量を統計し、1回の降雨開始時点から降雨終了時点までの降雨量を加算し、開始時点と終了時点の降雨量を含み、計算式は以下のとおりであり、
sum=Σp
式では、pは同一回の期間内の降雨量であるステップS33と、
毎回の降雨の開始時間、終了時間、累積降雨量を記録し、時間順に符号化し、P、p strt、p endt、p sumは、n回目の降雨及びそれに対応する開始時間、終了時間、累積降雨量をそれぞれ表すステップS34とを含む。
In a preferred solution, the step S3 includes:
Step S31 of performing a filling process of rainfall data within the period and filling the rainfall amount of 0 mm at the time of no rainfall;
step 32 of recognizing the start and end times of rainfall, setting a rainfall threshold parameter P min and a maximum interval time threshold parameter T stop of rainfall within a period, T stop times of consecutive rainfall within the period P; If it is smaller than the min value, it is identified as two rainfall events; if the continuous rainfall is smaller than the P min value and the time is less than the T stop value, it is identified as one rainfall event, and the calculation formula is as follows: That's right,
diff=t i -t i-1
In the formula, t is the time point when the rainfall is greater than P min , t i and t i-1 represent this time point and the previous adjacent time point, and if diff is greater than T stop , t i-1 is 1 step S32, where t i is the end point of the previous rain, and t i is the start point of the current rain;
The cumulative amount of rainfall each time is calculated, and the amount of rainfall from the start of one rain to the end of the rain is added, and the amount of rainfall at the start and end is included.The calculation formula is as follows,
P sum =Σp t
In the formula, step S33 where p t is the amount of rainfall within the same period;
The start time, end time, and cumulative rainfall amount of each rainfall are recorded and encoded in time order, and P n , p n strt , p n endt , p n sum are the nth rainfall and its corresponding start time and end. and step S34 representing time and cumulative rainfall amount, respectively.

好適な方案では、前記ステップS4は、
時間閾値パラメータTproを設定し、自然流域に対して、ある降雨の開始時間後のTpro時間内に流量谷がある場合、最後の1つの流量谷を今回の降雨に対応する洪水開始時間とし、水利工事がある流域又は外的影響要因がある流域に対して、一部の降雨の開始時間後のTpro時間に流量谷がない場合、降雨の開始時間前の最も近い谷時間を洪水開始時間とするステップS41と、
時間閾値パラメータTbreを設定し、降雨終了時間からTbre時間後の1番目の流量谷が今回の降雨に対応する洪水終了時間であり、洪水の開始時間と終了時間との間の流量プロセスを今回の降雨に対応する流量変化プロセスとし、1回の降雨及びそれに対応する回数の洪水を1回の降雨流出プロセスとするステップS42と、
1回の降雨流出プロセスにおける流量の最大上昇幅を計算し、すなわち流量最大値から洪水開始時間に対応する流量値を引き、以下の計算式を入力し、
up=Q max-Q str
式では、Q maxは1回の降雨流出における最大値であり、Q strは1回の降雨流出の開始流量であるステップS43と、
毎回の降雨流出プロセスの降雨開始時間p strt、降雨終了時間p endt、累積降雨量p sum、洪水開始時間Q strtとその流量Q str、洪水終了時間Q endtとその流量Q end、該期間内の流量最大値Q max、流量の最大上昇幅Q up及びすべてのピークQn_i peak、谷Qn_i valleyを記録するステップS44とを含む。
In a preferred solution, the step S4 includes:
Set the time threshold parameter T pro , and if there is a flow valley within T pro time after the start time of a certain rainfall for a natural watershed, the last one flow valley is set as the flood start time corresponding to the current rainfall. , for a basin with water conservancy construction or with external influencing factors, if there is no flow valley at the T pro time after the start time of some rainfall, the flood start time is the time of the nearest valley before the start time of rainfall. Step S41 where the time is set as the time;
The time threshold parameter T bre is set, and the first flow valley after T bre time from the rain end time is the flood end time corresponding to the current rainfall, and the flow rate process between the flood start time and end time is A step S42 in which a flow rate change process corresponds to the current rainfall, and one rainfall and the corresponding number of floods are set as one rain runoff process;
Calculate the maximum increase in flow rate in one rainfall runoff process, that is, subtract the flow rate value corresponding to the flood start time from the maximum flow value, and input the following calculation formula,
Q i up =Q i max -Q i str
In the formula, Q i max is the maximum value in one rainfall runoff, Q i str is the starting flow rate of one rainfall runoff, step S43;
Rain start time p n strt , rain end time p n endt , cumulative rainfall amount p n sum , flood start time Q i strt and its flow rate Q i str , flood end time Q i endt and its flow rate Q of each rain runoff process i end , the maximum flow rate Q n max within the period, the maximum rise Q n up of the flow rate, all peaks Q n_i peak , and a step S44 of recording the valley Q n_i valley .

好適な方案では、洪水のピークの数を特定するステップS5は、
単一ピークの洪水を認識するステップS51であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、1つのみのピークがある場合、単一ピークの洪水として識別するステップS51と、
二重以上のピークの洪水を認識するステップS52であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、複数のピークがある場合、割合閾値パラメータQdiffを設定し、谷と両側の隣接するピークとの差が両側のピーク値にそれぞれ占める割合がQdiffを超える場合、マルチピークの洪水ピークであり、そうでない場合、単一ピークの洪水であり、式は以下のとおりであり、
(Qi-1 peak-Q valley)/Qi-1 peak>=Qdiff 且つ (Qi+1 peak-Q valley)/Qi+1 peak>=Qdiff
式では、Q valleyは1回の降雨流出の谷流量であり、Qi-1 peak及びQi+1 peakはそれぞれ両側の隣接するピーク流量であり、上記関係を満たすと、有効谷と記録し、有効谷の数が1である場合、二重ピークの洪水であり、有効谷の数が2である場合、三重ピークの洪水であり、有効谷の数が3である場合、四重ピークの洪水であり、このように類推するステップS52とを含む。
In a preferred solution, the step S5 of determining the number of flood peaks comprises:
a step S51 of recognizing a single peak flood, where in one rainfall runoff process, if there is only one peak, identifying it as a single peak flood;
Step S52 of recognizing floods with double or more peaks, where there are multiple peaks in one rainfall runoff process, a proportion threshold parameter Q diff is set, and the difference between the valley and the adjacent peaks on both sides is set. If the proportion of each of the peak values on both sides exceeds Q diff , it is a multi-peak flood peak, otherwise it is a single-peak flood, and the formula is as follows,
(Q i−1 peak −Q i valley )/Q i−1 peak >=Q diff and (Q i+1 peak −Q i valley )/Q i+1 peak >=Q diff
In the formula, Q i valley is the valley flow rate of one rainfall runoff, Q i-1 peak and Q i+1 peak are the adjacent peak flow rates on both sides, respectively, and if the above relationship is satisfied, it is recorded as an effective valley, When the number of effective valleys is 1, it is a double peak flood, when the number of effective valleys is 2, it is a triple peak flood, and when the number of effective valleys is 3, it is a quadruple peak flood. , and includes step S52 which is analogized in this way.

好適な方案では、前記ステップS6において累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数を計算し、線形相関又は非線形相関の方法を用い、線形相関の計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000006
式では、r(X,Y)は2組の同じ数のX、Yデータの相関係数であり、Var[X]はXデータの分散であり、Var[Y]はYデータの分散であり、Cov[X,Y]は、XとYの共分散であり、
非線形相関の方法はSpearmanランク相関を用い、式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000007
式では、pは2組の同じ数のX、YデータのSpearmanランク相関係数であり、dは2組のデータのランクの差、すなわちx、yを大きさ順に並べる番号の差であり、nはデータの数である。 In a preferred method, the correlation coefficient between the cumulative rainfall amount and the maximum increase in flow rate is calculated in step S6, and a linear correlation or nonlinear correlation method is used, and the calculation formula for the linear correlation is as follows:
Figure 2023166977000006
In the formula, r(X, Y) is the correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, Var[X] is the variance of the X data, and Var[Y] is the variance of the Y data. , Cov[X,Y] is the covariance of X and Y,
The method of nonlinear correlation uses Spearman rank correlation, and the formula is as follows,
Figure 2023166977000007
In the formula, p s is the Spearman rank correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, and d i is the difference in rank between the two sets of data, that is, the number of numbers that arrange x i and y i in order of magnitude. is the difference, and n is the number of data.

好適な方案では、前記ステップS7において、パラメータの最適化方法は、グリッド探索最適化方法又は投影追跡最適化方法を含み、
前記グリッド探索最適化方法は、パラメータ配列において徹底的な探索を行い、各状況を訓練することによって、最適なパラメータを探し、
前記投影追跡最適化方法は、高次元データを低次元サブ空間に投影することによって、元の高次元データの構造又は特徴を反映できる投影を探し、高次元データを研究して分析する目的を達成し、以下のステップ(1)~(5)を含み、
(1)サンプルデータを正規化し、

Figure 2023166977000008
(2)線形投影を行い、
異なる角度からデータを観察し、データ特徴を最も掘削できる最適な投影方向を探し、複数の初期投影方向a(a1,、…)をランダムに抽出し、その投影指標の大きさを計算し、最大指標の投影の解をその最適な投影方向として決定し、
サンプルiの1次元空間の投影方向である(a1,2,)における投影特徴値を以下のように定義し、
=Σj=1 ij
(3)目標関数を探し、
目標関数をQ(a)、クラス間距離をs(a)、クラス内密度をd(a)として定義し、
Q(a)=s(a)d(a)
クラス間距離はサンプル配列の投影特徴値分散で計算し、
Figure 2023166977000009
ここでi=12…nであり、
投影特徴値間の距離は、rik|z-z|(i、k=1…n)であり、それでは、
d(a)=Σi=1 Σk=1 (R-rik)f(R-rik
ここでf(t)はステップ信号であり、
Figure 2023166977000010
Rは局所のプロット密度を推定する窓幅パラメータであり、幅内に少なくとも1つのプロットを含む原則に従って、その値はサンプルデータ構造に関連し、
max(rik)<R<2m
i,k=1,2,..n
(4)投影方向を最適化させ、
最適な投影方向を探す問題を以下の最適化問題に変換し、
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σj=1 =1
(5)統合評価及びクラスタリング分析を行い、
の差異レベルでサンプル群に対してクラスタリング分析を行い、最適な投影方向に基づいて、各評価指標の統合情報を反応する投影特徴値zの差異レベルを計算し、最適な投影係数a=a(a1,2,…a)を求めることができる。 In a preferred solution, in step S7, the parameter optimization method includes a grid search optimization method or a projection tracking optimization method;
The grid search optimization method searches for optimal parameters by performing an exhaustive search in the parameter array and training each situation;
The projection tracking optimization method projects high-dimensional data into a low-dimensional subspace, searches for a projection that can reflect the structure or characteristics of the original high-dimensional data, and achieves the purpose of studying and analyzing high-dimensional data. and includes the following steps (1) to (5),
(1) Normalize the sample data,
Figure 2023166977000008
(2) Perform linear projection,
Observe the data from different angles, search for the optimal projection direction that can best excavate the data features, randomly extract multiple initial projection directions a (a 1, a 2 , ... , a m ), and calculate the size of the projection index. and determine the solution of the projection of the maximum index as its optimal projection direction,
The projection feature value in (a 1, a 2, ... , a m ), which is the projection direction of the one-dimensional space of sample i, is defined as follows,
Z ij=1 m a j x ij
(3) Find the objective function,
Define the objective function as Q(a), the interclass distance as s(a), and the intraclass density as d(a),
Q(a)=s(a)d(a)
The interclass distance is calculated using the projected feature value variance of the sample array,
Figure 2023166977000009
Here, i=1 , 2...n,
The distance between projected feature values is r ik |z i -z k |(i, k=1 , 2 , ...n), then,
d(a)=Σ i=1 n Σ k=1 n (R-r ik ) f(R-r ik )
Here f(t) is a step signal,
Figure 2023166977000010
R is a window width parameter estimating the local plot density, whose value is related to the sample data structure according to the principle of including at least one plot within the width;
max(r ik )<R<2m
i, k=1, 2, . .. n
(4) Optimize the projection direction,
Convert the problem of finding the optimal projection direction to the following optimization problem,
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σ j=1 m a j 2 =1
(5) Perform integrated evaluation and clustering analysis,
Clustering analysis is performed on the sample group at the difference level of z i , and based on the optimal projection direction, the difference level of the projection feature value z i that responds to the integrated information of each evaluation index is calculated, and the optimal projection coefficient a =a(a 1, a 2, ... am ) can be obtained.

好適な方案では、前記ステップS8において要件を満たす降雨流出プロセスを選別し、選別指標及び指標閾値を設定し、選別指標は、累積降雨量又は最大の洪水ピーク流量又は洪水継続時間又は流量の最大上昇幅を用いる。 In a preferred method, in step S8, a rain runoff process that meets the requirements is selected, and a selection index and an index threshold are set, and the selection index is the cumulative rainfall amount, the maximum flood peak flow rate, the flood duration, or the maximum increase in flow rate. Use width.

本発明による期間内の降雨流出回数の適応分割方法であって、対応する回数の流出プロセスに対応する降雨を正確に分割し、降雨流出回数を分割する正確率を向上させ、且つ適応程度が高く、自動化を完全に実現し、降雨流出回数を迅速且つ効果的に分割することができる。分割結果は、水文学の研究に幅広く用いることができ、水文モデルのパラメータの決定に用いると、水文モデルパラメータの決定効率及び正確率を大幅に向上できる。 The present invention provides an adaptive dividing method for the number of rainfall runoff within a period, which accurately divides the rainfall corresponding to the corresponding number of runoff processes, improves the accuracy rate of dividing the number of rainfall runoff, and has a high degree of adaptation. , the automation can be fully realized and the rainfall runoff frequency can be divided quickly and effectively. The segmentation results can be widely used in hydrological research, and when used to determine hydrological model parameters, the efficiency and accuracy of determining hydrological model parameters can be greatly improved.

以下、図面及び実施例を併せて本発明について更に説明する。 The present invention will be further described below with reference to drawings and examples.

本発明の方法フローチャートである。3 is a method flowchart of the present invention. 実施例で選択された集水区域の流量プロセス及び該流域の表面降雨プロセスである。Flow rate process of the water catchment area selected in the example and surface rainfall process of the basin. 実施例において表1における番号1の降雨流出プロセス図である。FIG. 2 is a diagram of the rain runoff process numbered 1 in Table 1 in the example. 実施例において表1における番号2の降雨流出プロセス図である。FIG. 2 is a diagram of the rainfall runoff process number 2 in Table 1 in the example. 実施例において表1における番号3の降雨流出プロセス図である。It is a rainfall runoff process diagram of number 3 in Table 1 in an example. 実施例において表1における番号4の降雨流出プロセス図である。FIG. 4 is a diagram of the rainfall runoff process of number 4 in Table 1 in the example. 実施例において表1における番号5の降雨流出プロセス図である。FIG. 5 is a diagram of the rainfall runoff process numbered 5 in Table 1 in the example. 実施例において表1における番号6の降雨流出プロセス図である。It is a rainfall runoff process diagram of number 6 in Table 1 in an example. 実施例において表1における番号7の降雨流出プロセス図である。FIG. 7 is a diagram of the rain runoff process numbered 7 in Table 1 in the example. 実施例において表1における番号8の降雨流出プロセス図である。FIG. 8 is a diagram of the rain runoff process numbered 8 in Table 1 in the example. グリッド探索最適化方法を採用して行う相関係数の計算データの図である。FIG. 3 is a diagram of correlation coefficient calculation data performed by employing a grid search optimization method.

実施例1:ある集水区域を例にして説明し、期間内の降雨流出回数の適応分割方法であって、図1に示すように、以下のステップを含む。 Embodiment 1: A water catchment area will be described as an example, and a method for adaptively dividing the number of rainfall and runoff within a period will be described, as shown in FIG. 1, including the following steps.

既知領域の連続的な降雨流出データを収集するステップS1は、ステップS11とステップS12とを含む。 Step S1 of collecting continuous rainfall runoff data in a known area includes step S11 and step S12.

S11において、ある既知領域に含まれる、分割する必要があり且つ連続的に途切れない流量データ及び時間配列を収集し、該集水区域には、分割する必要がある、時間(h)をスケールとする2016年6月2日~7月30日の連続的な流出データがあり、該集水区域内には大きなダムが分布している。 In S11, the flow rate data and time sequence that need to be divided and are included in a certain known area and are continuous and uninterrupted are collected, and the time (h) that needs to be divided is set as a scale for the water catchment area. There is continuous runoff data from June 2nd to July 30th, 2016, and large dams are distributed within the catchment area.

S12において、S11ステップにおいて対応する集水区域の面積降水量及び時間配列を取得し、時間ステップサイズが同じであり、且つデータが連続的に途切れないことを要求し、時間スケールは、時間(h)である。 In S12, obtain the areal precipitation amount and time sequence of the corresponding water catchment area in step S11, request that the time step size is the same and that the data is continuous and uninterrupted, and the time scale is set to time (h ).

前記ステップS11及びS12において、分割結果の精度を維持するために、分割する必要があるデータの前後にバッファ期間を設定する。バッファ期間の長さは、分割する必要があるデータの前後1日であるため、図2に示すように、降雨流出データの時間を2016年6月1日~7月31日に分割する。 In steps S11 and S12, buffer periods are set before and after the data that needs to be divided in order to maintain the accuracy of the division results. Since the length of the buffer period is one day before and after the data that needs to be divided, the time of rainfall and runoff data is divided into June 1, 2016 to July 31, 2016, as shown in FIG.

ピークと谷を自動的に計算して認識するステップS2は、具体的に以下のステップを含む。 Step S2 of automatically calculating and recognizing peaks and valleys specifically includes the following steps.

S21において、鋸歯状特徴が明らかな流量プロセスに対して平滑化処理を行い、平滑な流量プロセスを直接使用する。 In S21, a smoothing process is performed on the flow rate process with obvious sawtooth characteristics, and the smooth flow rate process is directly used.

本実施例において、平滑化処理は、Savitzky-Golayフィルターを採用し、該方法は、本質的に最小二乗法に基づく多項式平滑化フィルタリングであり、計算式は以下のとおりであり、
フィルターの平滑化窓の幅がn=2m+1であると仮定し、各測定データX=(x,x,.....,x)はk-1次多項式を用いて窓内のデータをフィッティングし、xは多項式を用いてフィッティングすることができ、
p(x)=a+a+a +...+ak-1 k-1
パラメータm、kの決定評価指標は、決定可能係数R又はNash-Sutcliffe効率係数(NSE)を含み、R又はNSEが大きいほど、パラメータが好適であり、決定可能係数Rの計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000011
Nash-Sutcliffe効率係数(NSE)の計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000012
式では、yは観測値であり、
Figure 2023166977000013
は観測値の平均値であり、
Figure 2023166977000014
はフィッティング値であり、y predはフィッティング値であり、
又はNSE値が高いほど、パラメータm、kの値の信頼性の高いことを表す。本実施例においてパラメータの最終値は、45、10、Rで、NSE値は、それぞれ0.99、0.99である。 In this embodiment, the smoothing process employs a Savitzky-Golay filter, and the method is essentially polynomial smoothing filtering based on the least squares method, and the calculation formula is as follows:
Assuming that the width of the smoothing window of the filter is n= 2m +1, each measurement data Fitting the data, x i can be fitted using a polynomial,
p(x i )=a 0 +a 1 x i +a 2 x i 2 +. .. .. +a k-1 x i k-1
The determination evaluation index for the parameters m and k includes the determinable coefficient R 2 or the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), and the larger R 2 or NSE, the more suitable the parameter is, and the calculation formula for the determinable coefficient R 2 is It is as follows,
Figure 2023166977000011
The formula for calculating the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) is as follows:
Figure 2023166977000012
In the formula, y i is the observed value,
Figure 2023166977000013
is the average value of the observed values,
Figure 2023166977000014
is the fitting value, y i pred is the fitting value,
The higher the R 2 or NSE value, the more reliable the values of parameters m and k are. In this example, the final values of the parameters are 45, 10, and R2 , and the NSE values are 0.99 and 0.99, respectively.

S22において、流量データに対してピークと谷のマーキングを行い、ピーク流量とピーク時点、及び谷流量と谷時点を記録し、下式に従ってピーク流量とピーク時点を判断し、
q’t-1<q’ 且つ q’>q’t+1
式では、q’は平滑化流量であり、q’t-1、q’、q’t+1はt-1、t、t+1時点での平滑化流量であり、t時点はピーク時点であり、該時点に対応する元の流量はピーク流量であり、
下式に従って谷流量と谷時点を判断し、
q’t-1>q’ 且つ q’<q’t+1
t時点は谷時点であり、該時点に対応する元の流量は谷流量である。
In S22, mark the peak and valley on the flow rate data, record the peak flow rate and peak time, and the valley flow rate and valley time, and determine the peak flow rate and peak time according to the following formula,
q' t-1 <q' t and q' t >q' t+1
In the formula, q' is the smoothed flow rate, q' t-1 , q' t , q' t+1 are the smoothed flow rates at t-1, t, and t+1, and t is the peak time, The original flow rate corresponding to that point in time is the peak flow rate;
Determine the valley flow rate and valley point according to the formula below,
q' t-1 >q' t and q' t <q' t+1
Time t is the valley time, and the original flow rate corresponding to the time point is the valley flow rate.

S23において、ピーク時点とそれに対応するピーク流量、及び谷時点とそれに対応する谷流量を時間順に記録し、符号化する。 In S23, the peak time and the corresponding peak flow rate, and the trough time and the corresponding valley flow rate are recorded in time order and encoded.

S3において、降雨の回数を自動的に分割し、降雨強度閾値及び降雨間隔時間閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間を認識し、毎回の累積降雨量を計算する。ステップS3は、
期間内の降雨データの充填処理を行い、無降雨時点に0mmの降雨量を充填するステップS31と、
降雨の開始及び終了時間を認識するステップ32であって、期間内の降雨閾値パラメータPmin及び降雨の最大間隔時間閾値パラメータTstopを設定し、期間内の降雨の連続的なTstop時間がPmin値よりも小さい場合、2回の降雨として識別し、連続的な降雨がPmin値よりも小さく、時間がTstop値よりも小さい場合、1回の降雨として識別し、計算式は以下のとおりであり、
diff=t-ti-1
式では、tは降雨がPminよりも大きい時点であり、tとti-1は該時点と前の隣接する時点を表し、diffがTstopよりも大きい場合、ti-1は1回前の降雨の終了時点であり、tは今回の降雨の開始時点であるステップS32と、
毎回の累積降雨量を統計し、1回の降雨開始時点から降雨終了時点までの降雨量を加算し、開始時点と終了時点の降雨量を含み、計算式は以下のとおりであり、
sum=Σp
式では、pは同一回の期間内の降雨量であるステップS33と、
毎回の降雨の開始時間、終了時間、累積降雨量を記録し、時間順に符号化し、P、p strt、p endt、p sumは、n回目の降雨及びそれに対応する開始時間、終了時間、累積降雨量をそれぞれ表すステップS34とを含む。
In S3, the number of rainfalls is automatically divided, a rainfall intensity threshold and a rainfall interval time threshold are set, the start and end times of rainfall are recognized, and the cumulative rainfall amount each time is calculated. Step S3 is
Step S31 of performing a filling process of rainfall data within the period and filling the rainfall amount of 0 mm at the time of no rainfall;
step 32 of recognizing the start and end times of rainfall, setting a rainfall threshold parameter P min and a maximum interval time threshold parameter T stop of rainfall within a period, T stop times of consecutive rainfall within the period P; If it is smaller than the min value, it is identified as two rainfall events; if the continuous rainfall is smaller than the P min value and the time is less than the T stop value, it is identified as one rainfall event, and the calculation formula is as follows: That's right,
diff=t i -t i-1
In the formula, t is the time point when the rainfall is greater than P min , t i and t i-1 represent this time point and the previous adjacent time point, and if diff is greater than T stop , t i-1 is 1 step S32, where t i is the end point of the previous rain, and t i is the start point of the current rain;
The cumulative amount of rainfall each time is calculated, and the amount of rainfall from the start of one rain to the end of the rain is added, and the amount of rainfall at the start and end is included.The calculation formula is as follows,
P sum =Σp t
In the formula, step S33 where p t is the amount of rainfall within the same period;
The start time, end time, and cumulative rainfall amount of each rainfall are recorded and encoded in time order, and P n , p n strt , p n endt , p n sum are the nth rainfall and its corresponding start time and end. and step S34 representing time and cumulative rainfall amount, respectively.

S4において、降雨流出の回数を自動的に分割し、時間窓閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間に基づいて、対応する回数の洪水の開始及び終了時間を認識する。前記ステップS4は、以下のステップを含む。 In S4, automatically divide the number of rain runoffs, set a time window threshold, and recognize the start and end times of the corresponding number of floods based on the start and end times of the rain. The step S4 includes the following steps.

S41において、時間閾値パラメータTproを設定し、自然流域に対して、ある降雨の開始時間後のTpro時間内に流量谷がある場合、最後の1つの流量谷を今回の降雨に対応する洪水開始時間とし、水利工事がある流域又は外的影響要因がある流域に対して、一部の降雨の開始時間後のTpro時間に流量谷がない場合、降雨の開始時間前の最も近い谷時間を洪水開始時間とする。 In S41, a time threshold parameter T pro is set, and if there is a flow valley within the T pro time after the start time of a certain rainfall for a natural watershed, the last flow valley is set as the flood corresponding to the current rainfall. start time, and if there is no flow trough at the T pro time after the start time of some rainfall for a basin with water conservancy construction or a basin with external influence factors, the nearest trough time before the start time of the rainfall. Let be the flood start time.

本実施例において、ダムの影響がある集水区域では、ある降雨の開始時間後のTpro時間内に流量谷がある場合、最後の1つの流量谷を今回の降雨に対応する洪水開始時間とし、一部の降雨の開始時間後のTpro時間に流量谷がない場合、降雨の開始時間前の最も近い谷時間を洪水開始時間とする。 In this example, in a water catchment area affected by a dam, if there is a flow valley within T pro time after the start time of a certain rainfall, the last flow valley is taken as the flood start time corresponding to the current rainfall. , if there is no flow trough at T pro time after the start time of some rainfall, then let the nearest trough time before the start time of the rain be the flood start time.

S42において、時間閾値パラメータTbreを設定し、降雨終了時間からTbre時間後の1番目の流量谷が今回の降雨に対応する洪水終了時間であり、洪水の開始時間と終了時間との間の流量プロセスを今回の降雨に対応する流量変化プロセスとし、1回の降雨及びそれに対応する回数の洪水を1回の降雨流出プロセスとする。 In S42, a time threshold parameter T bre is set, and the first flow valley after T bre time from the rain end time is the flood end time corresponding to the current rainfall, and the time between the flood start time and end time is Let the flow rate process be a flow rate change process corresponding to the current rainfall, and let one rainfall and the corresponding number of floods be one rain runoff process.

S43において、1回の降雨流出プロセスにおける流量の最大上昇幅を計算し、すなわち流量最大値から洪水開始時間に対応する流量値を引き、以下の計算式を入力し、
up=Q max-Q str
式では、Q maxは1回の降雨流出における最大値であり、Q strは1回の降雨流出の開始流量である。
In S43, calculate the maximum increase width of the flow rate in one rainfall runoff process, that is, subtract the flow value corresponding to the flood start time from the maximum flow value, input the following calculation formula,
Q i up =Q i max -Q i str
In the equation, Q i max is the maximum value in one rain runoff and Q i str is the starting flow rate in one rain runoff.

S44において、毎回の降雨流出プロセスの降雨開始時間p strt、降雨終了時間p endt、累積降雨量p sum、洪水開始時間Q strtとその流量Q str、洪水終了時間Q endtとその流量Q end、該期間内の流量最大値Q max、流量の最大上昇幅Q up及びすべてのピークQn_i peak、谷Qn_i valleyを記録する。 In S44, the rain start time p n strt , the rain end time p n endt , the cumulative rainfall amount p n sum , the flood start time Q i strt and its flow rate Q i str , the flood end time Q i endt and The flow rate Q i end , the maximum flow rate Q n max within the period, the maximum increase width Q n up of the flow rate, all peaks Q n_i peak , and valleys Q n_i valley are recorded.

S5において、1回の洪水のピークの数を認識し、1回の洪水におけるピークと谷との差に基づいて、洪水のピークの数を特定する。 In S5, the number of peaks in one flood is recognized, and the number of peaks in flood is specified based on the difference between the peak and the valley in one flood.

単一ピークの洪水を認識する:1回の降雨流出プロセスにおいて、1つのみのピークがある場合、単一ピークの洪水として識別する。 Recognize single peak flood: If there is only one peak in one rainfall runoff process, identify it as a single peak flood.

二重以上のピークの洪水を認識する:1回の降雨流出プロセスにおいて、複数のピークがある場合、割合閾値パラメータQdiffを設定し、谷と両側の隣接するピークとの差が両側のピーク値にそれぞれ占める割合がQdiffを超える場合、マルチピークの洪水ピークであり、そうでない場合、単一ピークの洪水であり、式は以下のとおりであり、
(Qi-1 peak-Q valley)/Qi-1 peak>=Qdiff 且つ (Qi+1 peak-Q valley)/Qi+1 peak>=Qdiff
式では、Q valleyは1回の降雨流出の谷流量であり、Qi-1 peak及びQi+1 peakはそれぞれ両側の隣接するピーク流量であり、上記関係を満たすと、有効谷と記録し、有効谷の数が1である場合、二重ピークの洪水であり、有効谷の数が2である場合、三重ピークの洪水であり、有効谷の数が3である場合、四重ピークの洪水であり、このように類推する。
Recognize double or more peak flooding: In one rainfall runoff process, if there are multiple peaks, set the proportion threshold parameter Q diff , and the difference between the valley and the adjacent peaks on both sides is the peak value on both sides. If the proportion of each exceeds Q diff , it is a multi-peak flood peak, otherwise it is a single-peak flood, the formula is
(Q i−1 peak −Q i valley )/Q i−1 peak >=Q diff and (Q i+1 peak −Q i valley )/Q i+1 peak >=Q diff
In the formula, Q i valley is the valley flow rate of one rainfall runoff, Q i-1 peak and Q i+1 peak are the adjacent peak flow rates on both sides, respectively, and if the above relationship is satisfied, it is recorded as an effective valley, When the number of effective valleys is 1, it is a double peak flood, when the number of effective valleys is 2, it is a triple peak flood, and when the number of effective valleys is 3, it is a quadruple peak flood. , and the analogy is as follows.

S6において、相関係数を計算し、1回の降雨流出の累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数を計算する。 In S6, a correlation coefficient is calculated between the cumulative rainfall amount p n sum of one rain runoff and the maximum increase width Q n up of the flow rate.

好適な方案において、前記ステップS6において累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数を計算し、線形相関又は非線形相関の方法を用い、線形相関の計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000015
式では、r(X,Y)は2組の同じ数のX、Yデータの相関係数であり、、Var[X]はXデータの分散であり、Var[Y]はYデータの分散であり、Cov[X,Y]は、XとYの共分散であり、
非線形相関の方法はSpearmanランク相関を用い、式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000016
式では、pは2組の同じ数のX、YデータのSpearmanランク相関係数であり、dは2組のデータのランクの差、すなわちx、yを大きさ順に並べる番号の差であり、nはデータの数である。 In a preferred method, in step S6, a correlation coefficient between the cumulative rainfall amount and the maximum increase in flow rate is calculated, and a linear correlation or nonlinear correlation method is used, and the calculation formula for the linear correlation is as follows:
Figure 2023166977000015
In the formula, r(X, Y) is the correlation coefficient between two sets of the same number of X, Y data, Var[X] is the variance of the X data, and Var[Y] is the variance of the Y data. , Cov[X, Y] is the covariance of X and Y,
The method of nonlinear correlation uses Spearman rank correlation, and the formula is as follows,
Figure 2023166977000016
In the formula, p s is the Spearman rank correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, and d i is the difference in rank between the two sets of data, that is, the number of numbers that arrange x i and y i in order of magnitude. is the difference, and n is the number of data.

S7において、パラメータを最適化させ、最適化の評価指標は、ステップS6において累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数が最大であり、且つ洪水のピークの数が増えるにつれて相関係数が低減することを満たすことである。 In step S7, the parameters are optimized, and the optimization evaluation index is determined in step S6 when the correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is the maximum, and the number of flood peaks is the maximum. The requirement is that the correlation coefficient decreases as the correlation coefficient increases.

前記ステップS7において、パラメータ最適化方法は、グリッド探索最適化方法又は投影追跡最適化方法又は他の方法を含む。 In step S7, the parameter optimization method includes a grid search optimization method, a projection tracking optimization method, or other methods.

本実施例において、投影追跡最適化方法を用い、高次元データを低次元サブ空間に投影することによって、元の高次元データの構造又は特徴を反映できる投影を探し、高次元データを研究して分析する目的を達成し、以下のステップ(1)~(5)を含み、
(1)サンプルデータを正規化し、

Figure 2023166977000017
(2)線形投影を行い、
異なる角度からデータを観察し、データ特徴を最も掘削できる最適な投影方向を探し、複数の初期投影方向a(a1,、…)をランダムに抽出し、その投影指標の大きさを計算し、最大指標の投影の解をその最適な投影方向として決定し、
サンプルiの1次元空間の投影方向である(a1,2,)における投影特徴値を以下のように定義し、
=Σj=1 ij
(3)目標関数を探し、
目標関数をQ(a)、クラス間距離をs(a)、クラス内密度をd(a)として定義し、
Q(a)=s(a)d(a)
クラス間距離はサンプル配列の投影特徴値分散で計算し、
Figure 2023166977000018
ここでi=12…nであり、
投影特徴値間の距離は、rik|z-z|(i、k=1…n)であり、それでは、
d(a)=Σi=1 Σk=1 (R-rik)f(R-rik
ここでf(t)はステップ信号であり、
Figure 2023166977000019
Rは局所のプロット密度を推定する窓幅パラメータであり、幅内に少なくとも1つのプロットを含む原則に従って、その値はサンプルデータ構造に関連し、
max(rik)<R<2m
i,k=1,2,..n
(4)投影方向を最適化させ、
最適な投影方向を探す問題を以下の最適化問題に変換し、
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σj=1 =1
(5)統合評価及びクラスタリング分析を行い、
の差異レベルでサンプル群に対してクラスタリング分析を行い、最適な投影方向に基づいて、各評価指標の統合情報を反応する投影特徴値zの差異レベルを計算し、最適な投影係数a=a(a1,2,…a)を求めることができる。最後期間内の降雨閾値パラメータPmin、降雨最大間隔時間閾値パラメータTstop、時間閾値パラメータTpro及びTbre、割合閾値パラメータQdiffを0.2mm、15h、14h、10h、1/3として決定する。この時、降雨流出回数の分布精度が最適である。 In this example, the projection tracking optimization method is used to study the high-dimensional data by projecting the high-dimensional data into a low-dimensional subspace, searching for a projection that can reflect the structure or characteristics of the original high-dimensional data. Achieve the purpose of analysis and include the following steps (1) to (5),
(1) Normalize the sample data,
Figure 2023166977000017
(2) Perform linear projection,
Observe the data from different angles, search for the optimal projection direction that can best excavate the data features, randomly extract multiple initial projection directions a (a 1, a 2 , ... , a m ), and calculate the size of the projection index. and determine the solution of the projection of the maximum index as its optimal projection direction,
The projection feature value in (a 1, a 2, ... , a m ), which is the projection direction of the one-dimensional space of sample i, is defined as follows,
Z ij=1 m a j x ij
(3) Find the objective function,
Define the objective function as Q(a), the interclass distance as s(a), and the intraclass density as d(a),
Q(a)=s(a)d(a)
The interclass distance is calculated using the projected feature value variance of the sample array,
Figure 2023166977000018
Here, i=1 , 2...n,
The distance between projected feature values is r ik |z i -z k |(i, k=1 , 2 , ...n), then,
d(a)=Σ i=1 n Σ k=1 n (R-r ik ) f(R-r ik )
Here f(t) is a step signal,
Figure 2023166977000019
R is a window width parameter estimating the local plot density, whose value is related to the sample data structure according to the principle of including at least one plot within the width;
max(r ik )<R<2m
i, k=1, 2, . .. n
(4) Optimize the projection direction,
Convert the problem of finding the optimal projection direction to the following optimization problem,
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σ j=1 m a j 2 =1
(5) Perform integrated evaluation and clustering analysis,
Clustering analysis is performed on the sample group at the difference level of z i , and based on the optimal projection direction, the difference level of the projection feature value z i that responds to the integrated information of each evaluation index is calculated, and the optimal projection coefficient a =a(a 1, a 2, ... am ) can be obtained. The rainfall threshold parameter P min in the last period, the maximum rainfall interval time threshold parameter T stop , the time threshold parameters T pro and T bre , and the proportion threshold parameter Q diff are determined as 0.2 mm, 15 h, 14 h, 10 h, and 1/3. . At this time, the distribution accuracy of the number of rainfall runoff is optimal.

S8において、要件を満たす降雨流出プロセスを選別する。選別指標及び指標閾値を設定し、選別指標は、累積降雨量又は最大の洪水ピーク流量又は洪水継続時間又は流量の最大上昇幅を用いる。 In S8, rain runoff processes that meet the requirements are selected. A screening index and an index threshold are set, and the cumulative rainfall amount, the maximum flood peak flow rate, the flood duration, or the maximum rise width of the flow rate is used as the selection index.

本実施例において、降雨プロセスの大きさに従って、要件を満たす対応する回数のイベントを選別し、累積降雨量の最小閾値を5mmとすると、選別結果は、8回の降雨流出プロセスであり、表1に示すように、選別結果は、図3~10に示す。 In this example, according to the size of the rainfall process, we screen the corresponding number of events that meet the requirements, and if the minimum threshold of cumulative rainfall is 5 mm, the screening result is 8 rain runoff processes, and Table 1 The screening results are shown in FIGS. 3 to 10.

表1 降雨流出回数の分割結果の統計表
Table 1 Statistical table of division results of rainfall runoff frequency

実施例2:実施例1との相違点は、前記ステップS7において、パラメータ最適化方法は、パラメータ配列において徹底的な探索を行い、各状況を訓練することによって、最適なパラメータを探すグリッド探索最適化方法を採用することである。 Embodiment 2: The difference from Embodiment 1 is that in step S7, the parameter optimization method is a grid search optimization method that searches for optimal parameters by performing a thorough search in the parameter array and training each situation. It is to adopt the method of

迅速に計算を行い、収束性を加速するために、流域の水文特性に基づいて、期間内の降雨閾値パラメータPmin、降雨最大間隔時間閾値パラメータTstop、時間閾値パラメータTpro及びTbre、割合閾値パラメータQdiffの5つのパラメータの値範囲をそれぞれ0.1~0.3、14~17、13~15、9~11、1/2~1/4とし、変化ステップサイズをそれぞれ0.1、1、1、1、1/n(nの値が2、3、4である)とし、探索方案としてランダム探索を採用する。従って、合計324種類のパラメータの組み合わせがある。累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの合計相関係数が最大であり、且つ洪水のピークの数が増えるにつれて相関性が減少するように目標関数を設定する。 In order to perform quick calculations and accelerate convergence, based on the hydrological characteristics of the watershed, the intra-period rainfall threshold parameter P min , the maximum rainfall interval time threshold parameter T stop , the time threshold parameters T pro and T bre , the rate The value ranges of the five parameters of the threshold parameter Q diff are 0.1 to 0.3, 14 to 17, 13 to 15, 9 to 11, and 1/2 to 1/4, respectively, and the change step size is 0.1, respectively. , 1, 1, 1, 1/n (the value of n is 2, 3, 4), and random search is adopted as the search method. Therefore, there are a total of 324 types of parameter combinations. The objective function is set so that the total correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is maximum, and the correlation decreases as the number of flood peaks increases.

目標関数:R(P sum,Q up)が最大であり、R単一ピーク(P sum,Q up)≧R二重ピーク(P sum,Q up)であり、R相関性の計算式は、以下のとおりである。 Objective function: R (P n sum , Q n up ) is maximum, R single peak (P n sum , Q n up ) ≧ R double peak (P n sum , Q n up ), R correlation The formula for calculating gender is as follows.

Figure 2023166977000021
図11に示すように、324組のパラメータに対して相関性計算を行い、目標値を満たす対応するパラメータを戻す。222組目のパラメータの場合、累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数は、最大約0.89であり、対応するする単一ピークの洪水の累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数、及び二重ピークの洪水の累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数は、それぞれ0.91及び0.85であり、単一ピークの相関係数が二重ピークの相関係数よりも大きいことを満たす。従って、5つのパラメータの値が0.2mm、15h、14h、10h、1/3である場合、降雨流出回数の分布精度が最適である。
Figure 2023166977000021
As shown in FIG. 11, correlation calculations are performed on 324 sets of parameters, and corresponding parameters that satisfy the target value are returned. In the case of the 222nd set of parameters, the correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is approximately 0.89 at maximum, which is similar to the corresponding cumulative rainfall amount of a single peak flood. The correlation coefficient between the maximum rise in flow rate and the correlation coefficient between the cumulative rainfall amount and the maximum rise in flow rate for double-peak floods are 0.91 and 0.85, respectively, and the correlation coefficient for a single peak is 0.91 and 0.85, respectively. is larger than the double peak correlation coefficient. Therefore, when the values of the five parameters are 0.2 mm, 15 h, 14 h, 10 h, and 1/3, the distribution accuracy of the number of rainfall runoff is optimal.

(付記)
(付記1)
期間内の降雨流出回数の適応分割方法であって、
既知領域の連続的な降雨流出データを収集するステップS1と、
ピークと谷を自動的に計算して認識するステップS2と、
降雨の回数を自動的に分割し、降雨強度閾値及び降雨間隔時間閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間を認識し、毎回の累積降雨量を計算するステップS3と、
降雨流出の回数を自動的に分割し、時間窓閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間に基づいて、対応する回数の洪水の開始及び終了時間を認識するステップS4と、
1回の洪水のピークの数を認識し、1回の洪水におけるピークと谷との差に基づいて、洪水のピークの数を特定するステップS5と、
相関係数を計算するステップS6であって、1回の降雨流出の累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数を計算するステップS6と、
パラメータを最適化させるステップS7であって、最適化の評価指標は、ステップS6において累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数が最大であり、且つ洪水のピークの数が増えるにつれて相関係数が低減することを満たすことであるステップS7と、
要件を満たす降雨流出プロセスを選別するステップS8とを含む、ことを特徴とする期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Additional note)
(Additional note 1)
An adaptive dividing method for the number of rainfall runoff within a period, the method comprising:
Step S1 of collecting continuous rainfall runoff data in a known area;
Step S2 of automatically calculating and recognizing peaks and valleys;
step S3 of automatically dividing the number of rainfalls, setting a rainfall intensity threshold and a rainfall interval time threshold, recognizing the start and end times of rainfall, and calculating the cumulative rainfall amount each time;
Step S4: automatically dividing the number of rain runoffs, setting a time window threshold, and recognizing the start and end times of the corresponding number of floods based on the start and end times of the rain;
Step S5 of recognizing the number of peaks of one flood and identifying the number of peaks of flood based on the difference between the peak and the valley in one flood;
Step S6 of calculating a correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum of one rainfall runoff and the maximum increase width Q n up of the flow rate;
In step S7 of optimizing the parameters, the optimization evaluation index is such that the correlation coefficient between the cumulative rainfall p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is the maximum in step S6, and the peak of the flood is step S7, which satisfies that the correlation coefficient decreases as the number increases;
A method for adaptively dividing the number of rainfall runoffs within a period, comprising step S8 of selecting rainwater runoff processes that meet requirements.

(付記2)
前記ステップS1は、
既知領域に含まれる、分割する必要があり且つ連続して途切れない流量データ及び時間配列を収集するステップS11と、
ステップS11における対応する集水区域の面積降水量及び時間配列を取得し、時間ステップサイズが同じであり、且つデータが連続して途切れないことを要求し、分割する必要があるデータの前後にバッファ期間を設定するステップS12とを含む、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Additional note 2)
The step S1 is as follows:
Step S11 of collecting flow rate data and time sequence that need to be divided and are continuous and uninterrupted, which are included in the known area;
Acquire the area precipitation amount and time sequence of the corresponding water catchment area in step S11, request that the time step size is the same and that the data is continuous and uninterrupted, and create a buffer before and after the data that needs to be divided. The method for adaptively dividing the number of rainfall and runoff within a period according to appendix 1, characterized in that the method includes step S12 of setting a period.

(付記3)
前記ステップS2は、
鋸歯状特徴が明らかな流量プロセスに対して平滑化処理を行い、平滑な流量プロセスを直接使用するステップS21と、
流量データに対してピークと谷のマーキングを行い、ピーク流量とピーク時点、及び谷流量と谷時点を記録し、下式に従ってピーク流量とピーク時点を判断し、
q’t-1<q’ 且つ q’>q’t+1
式では、q’は平滑化流量であり、q’t-1、q’、q’t+1はt-1、t、t+1時点での平滑化流量であり、t時点はピーク時点であり、該時点に対応する元の流量はピーク流量であり、
下式に従って谷流量と谷時点を判断し、
q’t-1>q’ 且つ q’<q’t+1
t時点は谷時点であり、該時点に対応する元の流量は谷流量であるステップS22と、
ピーク時点とそれに対応するピーク流量、及び谷時点とそれに対応する谷流量を時間順に記録し、符号化するステップS23とを含む、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Additional note 3)
The step S2 is
Step S21 of performing smoothing processing on a flow rate process with obvious sawtooth characteristics and directly using the smooth flow rate process;
Mark the peak and valley on the flow rate data, record the peak flow rate and peak time, and the valley flow rate and valley time, determine the peak flow rate and peak time according to the formula below,
q' t-1 <q' t and q' t >q' t+1
In the formula, q' is the smoothed flow rate, q' t-1 , q' t , q' t+1 are the smoothed flow rates at t-1, t, and t+1, and t is the peak time, The original flow rate corresponding to that point in time is the peak flow rate;
Determine the valley flow rate and valley point according to the formula below,
q' t-1 >q' t and q' t <q' t+1
a step S22 in which the time point t is a valley time point and the original flow rate corresponding to the time point is a valley flow rate;
A step S23 of recording and encoding the peak time and the corresponding peak flow rate, and the trough time and the corresponding valley flow rate in time order, the method of calculating the number of rainfall runoff times within the period described in Supplementary Note 1. Adaptive partitioning method.

(付記4)
前記ステップS21において、平滑化処理は、Savitzky-Golayフィルターを用い、計算式は以下のとおりであり、
フィルターの平滑化窓の幅がn=2m+1であると仮定し、各測定データX=(x,x,.....,x)はk-1次多項式を用いて窓内のデータをフィッティングし、xは多項式を用いてフィッティングすることができ、
p(x)=a+a+a +...+ak-1 k-1
パラメータm、kの決定評価指標は、決定可能係数R又はNash-Sutcliffe効率係数(NSE)を含み、R又はNSEが大きいほど、パラメータが好適であり、決定可能係数Rの計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000022
Nash-Sutcliffe効率係数(NSE)の計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000023
式では、yは観測値であり、
Figure 2023166977000024
は観測値の平均値であり、
Figure 2023166977000025
はフィッティング値であり、y predはフィッティング値である、ことを特徴とする付記3に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。 (Additional note 4)
In step S21, the smoothing process uses a Savitzky-Golay filter, and the calculation formula is as follows:
Assuming that the width of the smoothing window of the filter is n= 2m +1, each measurement data Fitting the data, x i can be fitted using a polynomial,
p(x i )=a 0 +a 1 x i +a 2 x i 2 +. .. .. +a k-1 x i k-1
The determination evaluation index for the parameters m and k includes the determinable coefficient R 2 or the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), and the larger R 2 or NSE, the more suitable the parameter is, and the calculation formula for the determinable coefficient R 2 is It is as follows,
Figure 2023166977000022
The formula for calculating the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) is as follows:
Figure 2023166977000023
In the formula, y i is the observed value,
Figure 2023166977000024
is the average value of the observed values,
Figure 2023166977000025
is a fitting value, and y i pred is a fitting value.

(付記5)
前記ステップS3は、
期間内の降雨データの充填処理を行い、無降雨時点に0mmの降雨量を充填するステップS31と、
降雨の開始及び終了時間を認識するステップ32であって、期間内の降雨閾値パラメータPmin及び降雨の最大間隔時間閾値パラメータTstopを設定し、期間内の降雨の連続的なTstop時間がPmin値よりも小さい場合、2回の降雨として識別し、連続的な降雨がPmin値よりも小さく、時間がTstop値よりも小さい場合、1回の降雨として識別し、計算式は以下のとおりであり、
diff=t-ti-1
式では、tは降雨がPminよりも大きい時点であり、tとti-1は該時点と前の隣接する時点を表し、diffがTstopよりも大きい場合、ti-1は1回前の降雨の終了時点であり、tは今回の降雨の開始時点であるステップS32と、
毎回の累積降雨量を統計し、1回の降雨開始時点から降雨終了時点までの降雨量を加算し、開始時点と終了時点の降雨量を含み、計算式は以下のとおりであり、
sum=Σp
式では、pは同一回の期間内の降雨量であるステップS33と、
毎回の降雨の開始時間、終了時間、累積降雨量を記録し、時間順に符号化し、P、p strt、p endt、p sumは、n回目の降雨及びそれに対応する開始時間、終了時間、累積降雨量をそれぞれ表すステップS34とを含む、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Appendix 5)
The step S3 is
Step S31 of performing a filling process of rainfall data within the period and filling the rainfall amount of 0 mm at the time of no rainfall;
step 32 of recognizing the start and end times of rainfall, setting a rainfall threshold parameter P min and a maximum interval time threshold parameter T stop of rainfall within a period, T stop times of consecutive rainfall within the period P; If it is smaller than the min value, it is identified as two rainfall events; if the continuous rainfall is smaller than the P min value and the time is less than the T stop value, it is identified as one rainfall event, and the calculation formula is as follows: That's right,
diff=t i -t i-1
In the formula, t is the time point when the rainfall is greater than P min , t i and t i-1 represent this time point and the previous adjacent time point, and if diff is greater than T stop , t i-1 is 1 step S32, where t i is the end point of the previous rain, and t i is the start point of the current rain;
The cumulative amount of rainfall each time is calculated, and the amount of rainfall from the start of one rain to the end of the rain is added, and the amount of rainfall at the start and end is included.The calculation formula is as follows,
P sum =Σp t
In the formula, step S33 where p t is the amount of rainfall within the same period;
The start time, end time, and cumulative rainfall amount of each rainfall are recorded and encoded in time order, and P n , p n strt , p n endt , p n sum are the nth rainfall and its corresponding start time and end. The method for adaptively dividing the number of times of rainfall and runoff within a period according to Supplementary Note 1, characterized in that the method includes step S34 representing time and cumulative rainfall amount, respectively.

(付記6)
前記ステップS4は、
時間閾値パラメータTproを設定し、自然流域に対して、ある降雨の開始時間後のTpro時間内に流量谷がある場合、最後の1つの流量谷を今回の降雨に対応する洪水開始時間とし、水利工事がある流域又は外的影響要因がある流域に対して、一部の降雨の開始時間後のTpro時間に流量谷がない場合、降雨の開始時間前の最も近い谷時間を洪水開始時間とするステップS41と、
時間閾値パラメータTbreを設定し、降雨終了時間からTbre時間後の1番目の流量谷が今回の降雨に対応する洪水終了時間であり、洪水の開始時間と終了時間との間の流量プロセスを今回の降雨に対応する流量変化プロセスとし、1回の降雨及びそれに対応する回数の洪水を1回の降雨流出プロセスとするステップS42と、
1回の降雨流出プロセスにおける流量の最大上昇幅を計算し、すなわち流量最大値から洪水開始時間に対応する流量値を引き、以下の計算式を入力し、
up=Q max-Q str
式では、Q maxは1回の降雨流出における最大値であり、Q strは1回の降雨流出の開始流量であるステップS43と、
毎回の降雨流出プロセスの降雨開始時間p strt、降雨終了時間p endt、累積降雨量p sum、洪水開始時間Q strtとその流量Q str、洪水終了時間Q endtとその流量Q end、該期間内の流量最大値Q max、流量の最大上昇幅Q up及びすべてのピークQn_i peak、谷Qn_i valleyを記録するステップS44とを含む、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Appendix 6)
The step S4 is
Set the time threshold parameter T pro , and if there is a flow valley within T pro time after the start time of a certain rainfall for a natural watershed, the last one flow valley is set as the flood start time corresponding to the current rainfall. , for a basin with water conservancy construction or with external influencing factors, if there is no flow valley at the T pro time after the start time of some rainfall, the flood start time is the time of the nearest valley before the start time of rainfall. Step S41 where the time is set as the time;
The time threshold parameter T bre is set, and the first flow valley after T bre time from the rain end time is the flood end time corresponding to the current rainfall, and the flow rate process between the flood start time and end time is A step S42 in which a flow rate change process corresponds to the current rainfall, and one rainfall and the corresponding number of floods are set as one rain runoff process;
Calculate the maximum increase in flow rate in one rainfall runoff process, that is, subtract the flow rate value corresponding to the flood start time from the maximum flow value, and input the following calculation formula,
Q i up =Q i max -Q i str
In the formula, Q i max is the maximum value in one rainfall runoff, Q i str is the starting flow rate of one rainfall runoff, step S43;
Rain start time p n strt , rain end time p n endt , cumulative rainfall amount p n sum , flood start time Q i strt and its flow rate Q i str , flood end time Q i endt and its flow rate Q of each rain runoff process Supplementary note 1 characterized in that it includes step S44 of recording i end , the maximum flow rate Q n max within the period, the maximum increase width Q n up of the flow rate, all the peaks Q n_i peak , and the valley Q n_i valley . Adaptive division method for the number of rainfall runoffs within the period described in .

(付記7)
前記ステップS5は、
単一ピークの洪水を認識するステップS51であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、1つのみのピークがある場合、単一ピークの洪水として識別するステップS51と、
二重以上のピークの洪水を認識するステップS52であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、複数のピークがある場合、割合閾値パラメータQdiffを設定し、谷と両側の隣接するピークとの差が両側のピーク値にそれぞれ占める割合がQdiffを超える場合、マルチピークの洪水ピークであり、そうでない場合、単一ピークの洪水であり、式は以下のとおりであり、
(Qi-1 peak-Q valley)/Qi-1 peak>=Qdiff 且つ (Qi+1 peak-Q valley)/Qi+1 peak>=Qdiff
式では、Q valleyは1回の降雨流出の谷流量であり、Qi-1 peak及びQi+1 peakはそれぞれ両側の隣接するピーク流量であり、上記関係を満たすと、有効谷と記録し、有効谷の数が1である場合、二重ピークの洪水であり、有効谷の数が2である場合、三重ピークの洪水であり、有効谷の数が3である場合、四重ピークの洪水であり、このように類推するステップS52とを含む、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Appendix 7)
The step S5 is
a step S51 of recognizing a single peak flood, where in one rainfall runoff process, if there is only one peak, identifying it as a single peak flood;
Step S52 of recognizing floods with double or more peaks, where there are multiple peaks in one rainfall runoff process, a proportion threshold parameter Q diff is set, and the difference between the valley and the adjacent peaks on both sides is set. If the proportion of each of the peak values on both sides exceeds Q diff , it is a multi-peak flood peak, otherwise it is a single-peak flood, and the formula is as follows,
(Q i−1 peak −Q i valley )/Q i−1 peak >=Q diff and (Q i+1 peak −Q i valley )/Q i+1 peak >=Q diff
In the formula, Q i valley is the valley flow rate of one rainfall runoff, Q i-1 peak and Q i+1 peak are the adjacent peak flow rates on both sides, respectively, and if the above relationship is satisfied, it is recorded as an effective valley, When the number of effective valleys is 1, it is a double peak flood, when the number of effective valleys is 2, it is a triple peak flood, and when the number of effective valleys is 3, it is a quadruple peak flood. , and step S52 of making an analogy in this way.

(付記8)
前記ステップS6において累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数を計算し、線形相関又は非線形相関の方法を用い、線形相関の計算式は以下のとおりであり、

Figure 2023166977000026
式では、r(X,Y)は2組の同じ数のX、Yデータの相関係数であり、Var[X]はXデータの分散であり、Var[Y]はYデータの分散であり、Cov[X,Y]は、XとYの共分散であり、
非線形相関の方法はSpearmanランク相関を用い、式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000027
式では、pは2組の同じ数のX、YデータのSpearmanランク相関係数であり、dは2組のデータのランクの差、すなわちx、yを大きさ順に並べる番号の差であり、nはデータの数である、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。 (Appendix 8)
In step S6, the correlation coefficient between the cumulative rainfall and the maximum increase in flow rate is calculated using a linear correlation or nonlinear correlation method, and the linear correlation calculation formula is as follows:
Figure 2023166977000026
In the formula, r(X, Y) is the correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, Var[X] is the variance of the X data, and Var[Y] is the variance of the Y data. , Cov[X,Y] is the covariance of X and Y,
The method of nonlinear correlation uses Spearman rank correlation, and the formula is as follows,
Figure 2023166977000027
In the formula, p s is the Spearman rank correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, and d i is the difference in rank between the two sets of data, that is, the number of numbers that arrange x i and y i in order of magnitude. The adaptive dividing method for the number of rainfall runoffs within a period according to appendix 1, wherein n is the difference, and n is the number of data.

(付記9)
前記ステップS7において、パラメータの最適化方法は、グリッド探索最適化方法又は投影追跡最適化方法を含み、
前記グリッド探索最適化方法は、パラメータ配列において徹底的な探索を行い、各状況を訓練することによって、最適なパラメータを探し、
前記投影追跡最適化方法は、高次元データを低次元サブ空間に投影することによって、元の高次元データの構造又は特徴を反映できる投影を探し、高次元データを研究して分析する目的を達成し、以下のステップ(1)~(5)を含み、
(1)サンプルデータを正規化し、

Figure 2023166977000028
(2)線形投影を行い、
異なる角度からデータを観察し、データ特徴を最も掘削できる最適な投影方向を探し、複数の初期投影方向a(a1,、…)をランダムに抽出し、その投影指標の大きさを計算し、最大指標の投影の解をその最適な投影方向として決定し、
サンプルiの1次元空間の投影方向である(a1,2,)における投影特徴値を以下のように定義し、
=Σj=1 ij
(3)目標関数を探し、
目標関数をQ(a)、クラス間距離をs(a)、クラス内密度をd(a)として定義し、
Q(a)=s(a)d(a)
クラス間距離はサンプル配列の投影特徴値分散で計算し、
Figure 2023166977000029
ここでi=12…nであり、
投影特徴値間の距離は、rik|z-z|(i、k=1…n)であり、それでは、
d(a)=Σi=1 Σk=1 (R-rik)f(R-rik
ここでf(t)はステップ信号であり、
Figure 2023166977000030
Rは局所のプロット密度を推定する窓幅パラメータであり、幅内に少なくとも1つのプロットを含む原則に従って、その値はサンプルデータ構造に関連し、
max(rik)<R<2m
i,k=1,2,..n
(4)投影方向を最適化させ、
最適な投影方向を探す問題を以下の最適化問題に変換し、
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σj=1 =1
(5)統合評価及びクラスタリング分析を行い、
の差異レベルでサンプル群に対してクラスタリング分析を行い、最適な投影方向に基づいて、各評価指標の統合情報を反応する投影特徴値zの差異レベルを計算し、最適な投影係数a=a(a1,2,…a)を求めることができる、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。 (Appendix 9)
In step S7, the parameter optimization method includes a grid search optimization method or a projection tracking optimization method,
The grid search optimization method searches for optimal parameters by performing an exhaustive search in the parameter array and training each situation;
The projection tracking optimization method projects high-dimensional data into a low-dimensional subspace, searches for a projection that can reflect the structure or characteristics of the original high-dimensional data, and achieves the purpose of studying and analyzing high-dimensional data. and includes the following steps (1) to (5),
(1) Normalize the sample data,
Figure 2023166977000028
(2) Perform linear projection,
Observe the data from different angles, search for the optimal projection direction that can best excavate the data features, randomly extract multiple initial projection directions a (a 1, a 2 , ... , a m ), and calculate the size of the projection index. and determine the solution of the projection of the maximum index as its optimal projection direction,
The projection feature value in (a 1, a 2, ... , a m ), which is the projection direction of the one-dimensional space of sample i, is defined as follows,
Z ij=1 m a j x ij
(3) Find the objective function,
Define the objective function as Q(a), the interclass distance as s(a), and the intraclass density as d(a),
Q(a)=s(a)d(a)
The interclass distance is calculated using the projected feature value variance of the sample array,
Figure 2023166977000029
Here, i=1 , 2...n,
The distance between projected feature values is r ik |z i -z k |(i, k=1 , 2 , ...n), then,
d(a)=Σ i=1 n Σ k=1 n (R-r ik ) f(R-r ik )
Here f(t) is a step signal,
Figure 2023166977000030
R is a window width parameter estimating the local plot density, whose value is related to the sample data structure according to the principle of including at least one plot within the width;
max(r ik )<R<2m
i, k=1, 2, . .. n
(4) Optimize the projection direction,
Convert the problem of finding the optimal projection direction to the following optimization problem,
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σ j=1 m a j 2 =1
(5) Perform integrated evaluation and clustering analysis,
Clustering analysis is performed on the sample group at the difference level of z i , and based on the optimal projection direction, the difference level of the projection feature value z i that responds to the integrated information of each evaluation index is calculated, and the optimal projection coefficient a = a (a 1 , a 2 , ... a m ).

(付記10)
前記ステップS8において要件を満たす降雨流出プロセスを選別し、選別指標及び指標閾値を設定し、選別指標は、累積降雨量又は最大の洪水ピーク流量又は洪水継続時間又は流量の最大上昇幅を用いる、ことを特徴とする付記1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
(Appendix 10)
In the step S8, a rain runoff process that meets the requirements is selected, and a selection index and an index threshold are set, and the selection index uses the cumulative rainfall amount, the maximum flood peak flow rate, the flood duration, or the maximum rise width of the flow rate. An adaptive dividing method for the number of rainfall and runoff within the period described in Appendix 1, characterized by:

Claims (10)

期間内の降雨流出回数の適応分割方法であって、
既知領域の連続的な降雨流出データを収集するステップS1と、
ピークと谷を自動的に計算して認識するステップS2と、
降雨の回数を自動的に分割し、降雨強度閾値及び降雨間隔時間閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間を認識し、毎回の累積降雨量を計算するステップS3と、
降雨流出の回数を自動的に分割し、時間窓閾値を設定し、降雨の開始及び終了時間に基づいて、対応する回数の洪水の開始及び終了時間を認識するステップS4と、
1回の洪水のピークの数を認識し、1回の洪水におけるピークと谷との差に基づいて、洪水のピークの数を特定するステップS5と、
相関係数を計算するステップS6であって、1回の降雨流出の累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数を計算するステップS6と、
パラメータを最適化させるステップS7であって、最適化の評価指標は、ステップS6において累積降雨量p sumと流量の最大上昇幅Q upの相関係数が最大であり、且つ洪水のピークの数が増えるにつれて相関係数が低減することを満たすことであるステップS7と、
要件を満たす降雨流出プロセスを選別するステップS8とを含む、ことを特徴とする期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
An adaptive dividing method for the number of rainfall runoff within a period, the method comprising:
Step S1 of collecting continuous rainfall runoff data in a known area;
Step S2 of automatically calculating and recognizing peaks and valleys;
step S3 of automatically dividing the number of rainfalls, setting a rainfall intensity threshold and a rainfall interval time threshold, recognizing the start and end times of rainfall, and calculating the cumulative rainfall amount each time;
Step S4: automatically dividing the number of rain runoffs, setting a time window threshold, and recognizing the start and end times of the corresponding number of floods based on the start and end times of the rain;
Step S5 of recognizing the number of peaks of one flood and identifying the number of peaks of flood based on the difference between the peak and the valley in one flood;
Step S6 of calculating a correlation coefficient between the cumulative rainfall amount p n sum of one rain runoff and the maximum increase width Q n up of the flow rate;
In step S7 of optimizing the parameters, the optimization evaluation index is such that the correlation coefficient between the cumulative rainfall p n sum and the maximum increase width Q n up of the flow rate is the maximum in step S6, and the peak of the flood is step S7, which satisfies that the correlation coefficient decreases as the number increases;
A method for adaptively dividing the number of rainfall runoffs within a period, comprising step S8 of selecting rainwater runoff processes that meet requirements.
前記ステップS1は、
既知領域に含まれる、分割する必要があり且つ連続して途切れない流量データ及び時間配列を収集するステップS11と、
ステップS11における対応する集水区域の面積降水量及び時間配列を取得し、時間ステップサイズが同じであり、且つデータが連続して途切れないことを要求し、分割する必要があるデータの前後にバッファ期間を設定するステップS12とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
The step S1 is as follows:
Step S11 of collecting flow rate data and time sequence that need to be divided and are continuous and uninterrupted, which are included in the known area;
Acquire the area precipitation amount and time sequence of the corresponding water catchment area in step S11, request that the time step size is the same and that the data is continuous and uninterrupted, and create a buffer before and after the data that needs to be divided. The method of adaptively dividing the number of rainfall and runoff within a period according to claim 1, further comprising step S12 of setting a period.
前記ステップS2は、
鋸歯状特徴が明らかな流量プロセスに対して平滑化処理を行い、平滑な流量プロセスを直接使用するステップS21と、
流量データに対してピークと谷のマーキングを行い、ピーク流量とピーク時点、及び谷流量と谷時点を記録し、下式に従ってピーク流量とピーク時点を判断し、
q’t-1<q’ 且つ q’>q’t+1
式では、q’は平滑化流量であり、q’t-1、q’、q’t+1はt-1、t、t+1時点での平滑化流量であり、t時点はピーク時点であり、該時点に対応する元の流量はピーク流量であり、
下式に従って谷流量と谷時点を判断し、
q’t-1>q’ 且つ q’<q’t+1
t時点は谷時点であり、該時点に対応する元の流量は谷流量であるステップS22と、
ピーク時点とそれに対応するピーク流量、及び谷時点とそれに対応する谷流量を時間順に記録し、符号化するステップS23とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
The step S2 is
Step S21 of performing smoothing processing on a flow rate process with obvious sawtooth characteristics and directly using the smooth flow rate process;
Mark the peak and valley on the flow rate data, record the peak flow rate and peak time, and the valley flow rate and valley time, determine the peak flow rate and peak time according to the formula below,
q' t-1 <q' t and q' t >q' t+1
In the formula, q' is the smoothed flow rate, q' t-1 , q' t , q' t+1 are the smoothed flow rates at t-1, t, and t+1, and t is the peak time, The original flow rate corresponding to that point in time is the peak flow rate;
Determine the valley flow rate and valley point according to the formula below,
q' t-1 >q' t and q' t <q' t+1
a step S22 in which the time point t is a valley time point and the original flow rate corresponding to the time point is a valley flow rate;
The number of rainfall runoff times within a period according to claim 1, further comprising: recording and encoding the peak time and the corresponding peak flow rate, and the trough time and the corresponding valley flow rate in time order. adaptive partitioning method.
前記ステップS21において、平滑化処理は、Savitzky-Golayフィルターを用い、計算式は以下のとおりであり、
フィルターの平滑化窓の幅がn=2m+1であると仮定し、各測定データX=(x,x,.....,x)はk-1次多項式を用いて窓内のデータをフィッティングし、xは多項式を用いてフィッティングすることができ、
p(x)=a+a+a +...+ak-1 k-1
パラメータm、kの決定評価指標は、決定可能係数R又はNash-Sutcliffe効率係数(NSE)を含み、R又はNSEが大きいほど、パラメータが好適であり、決定可能係数Rの計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000031
Nash-Sutcliffe効率係数(NSE)の計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000032
式では、yは観測値であり、
Figure 2023166977000033
は観測値の平均値であり、
Figure 2023166977000034
はフィッティング値であり、y predはフィッティング値である、ことを特徴とする請求項3に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
In step S21, the smoothing process uses a Savitzky-Golay filter, and the calculation formula is as follows:
Assuming that the width of the smoothing window of the filter is n= 2m +1, each measurement data Fitting the data, x i can be fitted using a polynomial,
p(x i )=a 0 +a 1 x i +a 2 x i 2 +. .. .. +a k-1 x i k-1
The determination evaluation index for the parameters m and k includes the determinable coefficient R 2 or the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), and the larger R 2 or NSE, the more suitable the parameter is, and the calculation formula for the determinable coefficient R 2 is It is as follows,
Figure 2023166977000031
The formula for calculating the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE) is as follows:
Figure 2023166977000032
In the formula, y i is the observed value,
Figure 2023166977000033
is the average value of the observed values,
Figure 2023166977000034
The method of adaptively dividing the number of rainfall runoffs within a period according to claim 3, wherein is a fitting value, and y i pred is a fitting value.
前記ステップS3は、
期間内の降雨データの充填処理を行い、無降雨時点に0mmの降雨量を充填するステップS31と、
降雨の開始及び終了時間を認識するステップ32であって、期間内の降雨閾値パラメータPmin及び降雨の最大間隔時間閾値パラメータTstopを設定し、期間内の降雨の連続的なTstop時間がPmin値よりも小さい場合、2回の降雨として識別し、連続的な降雨がPmin値よりも小さく、時間がTstop値よりも小さい場合、1回の降雨として識別し、計算式は以下のとおりであり、
diff=t-ti-1
式では、tは降雨がPminよりも大きい時点であり、tとti-1は該時点と前の隣接する時点を表し、diffがTstopよりも大きい場合、ti-1は1回前の降雨の終了時点であり、tは今回の降雨の開始時点であるステップS32と、
毎回の累積降雨量を統計し、1回の降雨開始時点から降雨終了時点までの降雨量を加算し、開始時点と終了時点の降雨量を含み、計算式は以下のとおりであり、
sum=Σp
式では、pは同一回の期間内の降雨量であるステップS33と、
毎回の降雨の開始時間、終了時間、累積降雨量を記録し、時間順に符号化し、P、p strt、p endt、p sumは、n回目の降雨及びそれに対応する開始時間、終了時間、累積降雨量をそれぞれ表すステップS34とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
The step S3 is
Step S31 of performing a filling process of rainfall data within the period and filling the rainfall amount of 0 mm at the time of no rainfall;
step 32 of recognizing the start and end times of rainfall, setting a rainfall threshold parameter P min and a maximum interval time threshold parameter T stop of rainfall within a period, T stop times of consecutive rainfall within the period P; If it is smaller than the min value, it is identified as two rainfall events; if the continuous rainfall is smaller than the P min value and the time is less than the T stop value, it is identified as one rainfall event, and the calculation formula is as follows: That's right,
diff=t i -t i-1
In the formula, t is the time point when the rainfall is greater than P min , t i and t i-1 represent this time point and the previous adjacent time point, and if diff is greater than T stop , t i-1 is 1 step S32, where t i is the end point of the previous rain, and t i is the start point of the current rain;
The cumulative amount of rainfall each time is calculated, and the amount of rainfall from the start of one rain to the end of the rain is added, and the amount of rainfall at the start and end is included.The calculation formula is as follows,
P sum =Σp t
In the formula, step S33 where p t is the amount of rainfall within the same period;
The start time, end time, and cumulative rainfall amount of each rainfall are recorded and encoded in time order, and P n , p n strt , p n endt , p n sum are the nth rainfall and its corresponding start time and end. 2. The method of claim 1, further comprising step S34 representing time and cumulative rainfall, respectively.
前記ステップS4は、
時間閾値パラメータTproを設定し、自然流域に対して、ある降雨の開始時間後のTpro時間内に流量谷がある場合、最後の1つの流量谷を今回の降雨に対応する洪水開始時間とし、水利工事がある流域又は外的影響要因がある流域に対して、一部の降雨の開始時間後のTpro時間に流量谷がない場合、降雨の開始時間前の最も近い谷時間を洪水開始時間とするステップS41と、
時間閾値パラメータTbreを設定し、降雨終了時間からTbre時間後の1番目の流量谷が今回の降雨に対応する洪水終了時間であり、洪水の開始時間と終了時間との間の流量プロセスを今回の降雨に対応する流量変化プロセスとし、1回の降雨及びそれに対応する回数の洪水を1回の降雨流出プロセスとするステップS42と、
1回の降雨流出プロセスにおける流量の最大上昇幅を計算し、すなわち流量最大値から洪水開始時間に対応する流量値を引き、以下の計算式を入力し、
up=Q max-Q str
式では、Q maxは1回の降雨流出における最大値であり、Q strは1回の降雨流出の開始流量であるステップS43と、
毎回の降雨流出プロセスの降雨開始時間p strt、降雨終了時間p endt、累積降雨量p sum、洪水開始時間Q strtとその流量Q str、洪水終了時間Q endtとその流量Q end、該期間内の流量最大値Q max、流量の最大上昇幅Q up及びすべてのピークQn_i peak、谷Qn_i valleyを記録するステップS44とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
The step S4 is
Set the time threshold parameter T pro , and if there is a flow valley within T pro time after the start time of a certain rainfall for a natural watershed, the last one flow valley is set as the flood start time corresponding to the current rainfall. , for a basin with water conservancy construction or with external influencing factors, if there is no flow valley at the T pro time after the start time of some rainfall, the flood start time is the time of the nearest valley before the start time of rainfall. Step S41 where the time is set as the time;
The time threshold parameter T bre is set, and the first flow valley after T bre time from the rain end time is the flood end time corresponding to the current rainfall, and the flow rate process between the flood start time and end time is A step S42 in which a flow rate change process corresponds to the current rainfall, and one rainfall and the corresponding number of floods are set as one rain runoff process;
Calculate the maximum increase in flow rate in one rainfall runoff process, that is, subtract the flow rate value corresponding to the flood start time from the maximum flow value, and input the following calculation formula,
Q i up =Q i max -Q i str
In the formula, Q i max is the maximum value in one rainfall runoff, Q i str is the starting flow rate of one rainfall runoff, step S43;
Rain start time p n strt , rain end time p n endt , cumulative rainfall amount p n sum , flood start time Q i strt and its flow rate Q i str , flood end time Q i endt and its flow rate Q of each rain runoff process i end , a maximum flow rate Q n max within the period, a maximum rise Q n up of the flow rate, all peaks Q n_i peak , and a step S44 of recording the valley Q n_i valley . Adaptive division method of the number of rainfall runoff within the period described in 1.
前記ステップS5は、
単一ピークの洪水を認識するステップS51であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、1つのみのピークがある場合、単一ピークの洪水として識別するステップS51と、
二重以上のピークの洪水を認識するステップS52であって、1回の降雨流出プロセスにおいて、複数のピークがある場合、割合閾値パラメータQdiffを設定し、谷と両側の隣接するピークとの差が両側のピーク値にそれぞれ占める割合がQdiffを超える場合、マルチピークの洪水ピークであり、そうでない場合、単一ピークの洪水であり、式は以下のとおりであり、
(Qi-1 peak-Q valley)/Qi-1 peak>=Qdiff 且つ (Qi+1 peak-Q valley)/Qi+1 peak>=Qdiff
式では、Q valleyは1回の降雨流出の谷流量であり、Qi-1 peak及びQi+1 peakはそれぞれ両側の隣接するピーク流量であり、上記関係を満たすと、有効谷と記録し、有効谷の数が1である場合、二重ピークの洪水であり、有効谷の数が2である場合、三重ピークの洪水であり、有効谷の数が3である場合、四重ピークの洪水であり、このように類推するステップS52とを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
The step S5 is
a step S51 of recognizing a single peak flood, where in one rainfall runoff process, if there is only one peak, identifying it as a single peak flood;
Step S52 of recognizing floods with double or more peaks, where there are multiple peaks in one rainfall runoff process, a proportion threshold parameter Q diff is set, and the difference between the valley and the adjacent peaks on both sides is set. If the proportion of each of the peak values on both sides exceeds Q diff , it is a multi-peak flood peak, otherwise it is a single-peak flood, and the formula is as follows,
(Q i−1 peak −Q i valley )/Q i−1 peak >=Q diff and (Q i+1 peak −Q i valley )/Q i+1 peak >=Q diff
In the formula, Q i valley is the valley flow rate of one rainfall runoff, Q i-1 peak and Q i+1 peak are the adjacent peak flow rates on both sides, respectively, and if the above relationship is satisfied, it is recorded as an effective valley, When the number of effective valleys is 1, it is a double peak flood, when the number of effective valleys is 2, it is a triple peak flood, and when the number of effective valleys is 3, it is a quadruple peak flood. The method of adaptively dividing the number of rainfall and runoff within a period according to claim 1, further comprising step S52 of making an analogy in this way.
前記ステップS6において累積降雨量と流量の最大上昇幅の相関係数を計算し、線形相関又は非線形相関の方法を用い、線形相関の計算式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000035
式では、r(X,Y)は2組の同じ数のX、Yデータの相関係数であり、Var[X]はXデータの分散であり、Var[Y]はYデータの分散であり、Cov[X,Y]は、XとYの共分散であり、
非線形相関の方法はSpearmanランク相関を用い、式は以下のとおりであり、
Figure 2023166977000036
式では、pは2組の同じ数のX、YデータのSpearmanランク相関係数であり、dは2組のデータのランクの差、すなわちx、yを大きさ順に並べる番号の差であり、nはデータの数である、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
In step S6, the correlation coefficient between the cumulative rainfall and the maximum increase in flow rate is calculated using a linear correlation or nonlinear correlation method, and the linear correlation calculation formula is as follows:
Figure 2023166977000035
In the formula, r(X, Y) is the correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, Var[X] is the variance of the X data, and Var[Y] is the variance of the Y data. , Cov[X,Y] is the covariance of X and Y,
The method of nonlinear correlation uses Spearman rank correlation, and the formula is as follows,
Figure 2023166977000036
In the formula, p s is the Spearman rank correlation coefficient of two sets of the same number of X, Y data, and d i is the difference in rank between the two sets of data, that is, the number of numbers that arrange x i and y i in order of size. 2. The method of adaptively dividing the number of rainfall runoff within a period according to claim 1, wherein n is the difference and n is the number of data.
前記ステップS7において、パラメータの最適化方法は、グリッド探索最適化方法又は投影追跡最適化方法を含み、
前記グリッド探索最適化方法は、パラメータ配列において徹底的な探索を行い、各状況を訓練することによって、最適なパラメータを探し、
前記投影追跡最適化方法は、高次元データを低次元サブ空間に投影することによって、元の高次元データの構造又は特徴を反映できる投影を探し、高次元データを研究して分析する目的を達成し、以下のステップ(1)~(5)を含み、
(1)サンプルデータを正規化し、
Figure 2023166977000037
(2)線形投影を行い、
異なる角度からデータを観察し、データ特徴を最も掘削できる最適な投影方向を探し、複数の初期投影方向a(a1,、…)をランダムに抽出し、その投影指標の大きさを計算し、最大指標の投影の解をその最適な投影方向として決定し、
サンプルiの1次元空間の投影方向である(a1,2,)における投影特徴値を以下のように定義し、
=Σj=1 ij
(3)目標関数を探し、
目標関数をQ(a)、クラス間距離をs(a)、クラス内密度をd(a)として定義し、
Q(a)=s(a)d(a)
クラス間距離はサンプル配列の投影特徴値分散で計算し、
Figure 2023166977000038
ここでi=12…nであり、
投影特徴値間の距離は、rik|z-z|(i、k=1…n)であり、それでは、
d(a)=Σi=1 Σk=1 (R-rik)f(R-rik
ここでf(t)はステップ信号であり、
Figure 2023166977000039
Rは局所のプロット密度を推定する窓幅パラメータであり、幅内に少なくとも1つのプロットを含む原則に従って、その値はサンプルデータ構造に関連し、
max(rik)<R<2m
i,k=1,2,..n
(4)投影方向を最適化させ、
最適な投影方向を探す問題を以下の最適化問題に変換し、
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σj=1 =1
(5)統合評価及びクラスタリング分析を行い、
の差異レベルでサンプル群に対してクラスタリング分析を行い、最適な投影方向に基づいて、各評価指標の統合情報を反応する投影特徴値zの差異レベルを計算し、最適な投影係数a=a(a1,2,…a)を求めることができる、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。
In step S7, the parameter optimization method includes a grid search optimization method or a projection tracking optimization method,
The grid search optimization method searches for optimal parameters by performing an exhaustive search in the parameter array and training each situation;
The projection tracking optimization method projects high-dimensional data into a low-dimensional subspace, searches for a projection that can reflect the structure or characteristics of the original high-dimensional data, and achieves the purpose of studying and analyzing high-dimensional data. and includes the following steps (1) to (5),
(1) Normalize the sample data,
Figure 2023166977000037
(2) Perform linear projection,
Observe the data from different angles, search for the optimal projection direction that can best excavate the data features, randomly extract multiple initial projection directions a (a 1, a 2 , ... , a m ), and calculate the size of the projection index. and determine the solution of the projection of the maximum index as its optimal projection direction,
The projection feature value in (a 1, a 2, ... , a m ), which is the projection direction of the one-dimensional space of sample i, is defined as follows,
Z ij=1 m a j x ij
(3) Find the objective function,
Define the objective function as Q(a), the interclass distance as s(a), and the intraclass density as d(a),
Q(a)=s(a)d(a)
The interclass distance is calculated using the projected feature value variance of the sample array,
Figure 2023166977000038
Here, i=1 , 2...n,
The distance between projected feature values is r ik |z i -z k |(i, k=1 , 2 , ...n), then,
d(a)=Σ i=1 n Σ k=1 n (R-r ik ) f(R-r ik )
Here f(t) is a step signal,
Figure 2023166977000039
R is a window width parameter estimating the local plot density, whose value is related to the sample data structure according to the principle of including at least one plot within the width;
max(r ik )<R<2m
i, k=1, 2, . .. n
(4) Optimize the projection direction,
Convert the problem of finding the optimal projection direction to the following optimization problem,
maxQ(a)=s(a)d(a)
Σ j=1 m a j 2 =1
(5) Perform integrated evaluation and clustering analysis,
Clustering analysis is performed on the sample group at the difference level of z i , and based on the optimal projection direction, the difference level of the projection feature value z i that responds to the integrated information of each evaluation index is calculated, and the optimal projection coefficient a The adaptive dividing method of the number of rainfall runoffs within a period according to claim 1, characterized in that it is possible to obtain = a (a 1, a 2, ... am ).
前記ステップS8において要件を満たす降雨流出プロセスを選別し、選別指標及び指標閾値を設定し、選別指標は、累積降雨量又は最大の洪水ピーク流量又は洪水継続時間又は流量の最大上昇幅を用いる、ことを特徴とする請求項1に記載の期間内の降雨流出回数の適応分割方法。 In the step S8, a rain runoff process that meets the requirements is selected, and a selection index and an index threshold are set, and the selection index uses the cumulative rainfall amount, the maximum flood peak flow rate, the flood duration, or the maximum rise width of the flow rate. The method of adaptively dividing the number of rainfall and runoff within a period according to claim 1.
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CN116663223B (en) * 2023-02-09 2024-05-03 北方工业大学 Dam break flood evolution prediction method based on wave breaking principle
CN116595345B (en) * 2023-03-28 2024-05-10 中国长江电力股份有限公司 Automatic flood dividing and water withdrawal correction method and system
CN117572533A (en) * 2023-11-17 2024-02-20 中国水利水电科学研究院 Method for calculating rainfall frequency of composite surface of upstream river basin of village

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000276235A (en) 1999-03-26 2000-10-06 Toshiba Corp Wide area rainwater drainage system supporting device
CN109785979B (en) 2019-01-07 2020-06-09 三峡大学 Method for defining field flood rainfall runoff process
KR102009373B1 (en) * 2019-05-22 2019-08-12 (주)현이엔씨 Estimation method of flood discharge for varying rainfall duration
CN113642794B (en) 2021-08-16 2023-11-24 浙江大学 Mountain torrent forecasting method combining rainfall and soil water observation
CN113705931B (en) * 2021-09-17 2023-04-18 中国长江电力股份有限公司 Method for predicting runoff elements by using K nearest neighbor method
CN114020975B (en) * 2021-10-27 2024-06-14 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司 Method for automatically screening flood orders
CN114219252B (en) 2021-12-06 2022-06-10 中国水利水电科学研究院 Basin unit line analysis method based on SCE-UA algorithm

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