一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法

技术领域

本发明涉及工程水文技术领域，特别涉及一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法。

背景技术

现行无实测流量资料的小流域设计洪水计算，通常需要根据设计暴雨计算设计洪水，此时若采用单位线法进行汇流计算，可直接计算出设计频率的洪水过程线；若采用推理公式法进行汇流计算，通常是先计算设计洪峰流量，然后再采用三点、五点或多点概化过程线，各省(区)水文手册有适用本地区的相关方法介绍，但该方法所设计的洪水过程线基于假定和概化，无实测洪水过程资料依据；此外，还可采用地区综合经验公式法计算设计洪峰流量，但该方法未给出设计洪水过程线的计算方法。

本发明定义了洪水递减指数的概念和时段平均洪水流量公式，通过小流域控制水文站的实测洪水资料，分析计算其年最大洪峰、年最大24h洪量等洪水要素设计值Q

发明内容

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，用以根据工程点的流域面积直接推求可能最大洪水，其步骤简明、成果合理、计算简便、易于操作。

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，包括：

步骤1、选取小流域控制水文站，统计其长系列洪水资料，包括：年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列；

步骤2、对所述年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列进行频率分析计算，求得各洪水要素不同频率的洪水要素设计值；

步骤3、根据所述洪水要素设计值，分析计算相应频率下的洪水递减指数r

步骤4、选取无资料小流域；

步骤5、基于步骤1-3，求取所述无资料小流域的设计流域洪峰流量，同时，基于对应的洪水递减指数，获取对应各时段的洪水流量，并获取所述无资料小流域的设计洪水过程。

在一种可能实现的方式中，步骤1中，选取小流域控制文水站，包括：

分析设计流域气象条件和下垫面条件；

在气象条件和下垫面条件一致区选取小流域控制水文站。

在一种可能实现的方式中，步骤2中，洪水要素设计值包括：Q

其中，Q

其中，对应的24h时段平均洪水流量

在一种可能实现的方式中，步骤3中，在分析计算相应频率下的洪水递减指数r

定义洪水递减指数

其中，Q

在一种可能实现的方式中，步骤5中，求取所述无资料小流域的设计流域洪峰流量，同时，基于对应的洪水递减指数，获取对应各时段的洪水流量，包括：

根据洪水递减指数的定义，得到指数型时段平均洪水流量公式

基于地区综合结果，确定综合r

计算以洪峰时刻为中心、不断向两端顺延的最大t时段平均洪水流量

求得各时段洪水流量

对各时段洪水流量按照大小排序，获得排序后的各时刻洪水流量。

在一种可能实现的方式中，获取所述无资料小流域的设计洪水过程，包括：

综合小流域控制水文站实测典型洪水过程拟定设计洪水过程的分配线型；

确定洪水洪峰发生时段；

基于排序后的各时刻洪水流量，并以洪峰时刻为中心依大小将顺延时段流量分配至洪峰时刻两侧的各时段；

获得所述无资料小流域的24h设计洪水过程。

在一种可能实现的方式中，步骤1中，选取小流域控制水文站，统计其长系列洪水资料，包括：

获取选取的小流域控制水文站的历史实测资料；

基于资料评判模型对所述历史实测资料进行预评判，确定所述历史实测资料是否符合预设要求；

若符合，将所述历史实测资料保存，并基于所述历史实测资料，提取关键资料，其中，所述关键资料包括：洪水要素摘录资料、年最大洪峰系列、年最大24h洪量系列、规格时段的洪量系列；

基于提取的关键资料，并按照洪水过程线形状的变化特征，分时段研究洪水递减指数的变化规律；

否则，对所述小流域控制文水站的历史实测资料进行时间分析，确定针对所述小流域控制文水站的连续数据区间以及非连续数据区间，并对所述连续数据区间进行第一标注，对非连续数据区间进行第二标注；

确定第一标注结果中每个连续内容的内容信息，并基于有效数据库，预估对应内容信息的第一有效值以及预估第二标注结果中对应的每个非连续内容的内容信息的第二有效值；

根据所述第一有效值以及第二有效值，对大于相应预设有效值对应的内容信息进行第三标注，同时，反向筛选未进行第三标注的第一内容，判断所述第一内容是否为连续内容；

如不是，获取所述第一内容相邻的第二内容，并与所述第一内容进行关联分析，确定所述第一内容的第一可添加内容，

若是，筛选所述第一内容的开始子内容、中间子内容以及末尾子内容，并对子内容进行内容有效优先排序，获取排序结果最优子内容作为待关联内容；

当所述待关联内容为开始子内容，且所述开始子内容左侧存在内容信息时，将所述开始子内容与左侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第二可添加内容；

当所述待关联内容为末尾子内容，且所述末尾子内容右侧存在内容信息时，将所述末尾子内容与右侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第三可添加内容；

当所述待关联内容为中间子内容，且所述中间子内容左侧以及右侧存在内容信息时，将所述中间子内容与左侧内容以及右侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第三可添加内容；

基于所有可添加内容，获取所述小流域控制水文站的补充观测资料；

基于补充观测资料以及历史实测资料，统计其长系列洪水资料。

在一种可能实现的方式中，步骤3中，分析计算相应频率下的洪水递减指数r

获取同个小流域对应的不同设计频率下的洪水递减指数集合；

根据所述洪水递减指数集合以及如下公式，计算每个设计频率对应的递减指数有效值；

其中，r

基于所述递减指数有效值，确定对应设计频率下的洪水递减指数集合是否合格，若合格，将对应的洪水递减指数集合保存；

否则，进行提醒，重新获取对应设计频率下的洪水递减指数集合；

如果重新获取的洪水递减指数集合对应的递减指数有效值与之前的差值绝对值在预设范围内，将对应设计频率进行显著性输出；

同时，基于差值绝对值不在预设范围内的洪水递减指数集合，将之前对应的指数集合进行更新，并保存。

在一种可能实现的方式中，将对应设计频率进行显著性输出之后，还包括：

获取所有显著性输出的设计频率，并视为第一频率；

确定影响基于所述第一频率获取对应递减指数的影响因子；

根据如下公式，确定所述第一频率的当前重要程度值W；

其中，F表示影响因子的个数；β

根据所述当前重要程度值对第一频率的优先级进行排序，当获取的优先级最高的当前重要程度值都小于重要阈值时，重新对应的系列洪水资料。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法的流程图；

图2为本发明实施例中针对典型小流域采用三点法的洪水过程线相关图；

图3为本发明实施例中针对典型小流域采用洪水递减指数法设计的洪水过程线相关图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，如图1所示，包括：

步骤1、选取小流域控制水文站，统计其长系列洪水资料，包括：年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列；

步骤2、对所述年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列进行频率分析计算，求得各洪水要素不同频率的洪水要素设计值；

步骤3、根据所述洪水要素设计值，分析计算相应频率下的洪水递减指数r

步骤4、选取无资料小流域；

步骤5、基于步骤1-3，求取所述无资料小流域的设计流域洪峰流量，同时，基于对应的洪水递减指数，获取对应各时段的洪水流量，并获取所述无资料小流域的设计洪水过程。

在一种可能实现的方式中，步骤1中，选取小流域控制文水站，包括：

分析设计流域气象条件和下垫面条件；

在气象条件和下垫面条件一致区选取小流域控制水文站。

在一种可能实现的方式中，步骤2中，洪水要素设计值包括：Q

其中，Q

其中，对应的24h时段平均洪水流量

在一种可能实现的方式中，步骤3中，在分析计算相应频率下的洪水递减指数r

定义洪水递减指数

其中，Q

在一种可能实现的方式中，步骤5中，求取所述无资料小流域的设计流域洪峰流量，同时，基于对应的洪水递减指数，获取对应各时段的洪水流量，包括：

根据洪水递减指数的定义，得到指数型时段平均洪水流量公式

基于地区综合结果，确定综合r

计算以洪峰时刻为中心、不断向两端顺延的最大t时段平均洪水流量

求得各时段洪水流量

对各时段洪水流量按照大小排序，获得排序后的各时刻洪水流量。

在一种可能实现的方式中，获取所述无资料小流域的设计洪水过程，包括：

综合小流域控制水文站实测典型洪水过程拟定设计洪水过程的分配线型；

确定洪水洪峰发生时段；

基于排序后的各时刻洪水流量，并以洪峰时刻为中心依大小将顺延时段流量分配至洪峰时刻两侧的各时段；

获得所述无资料小流域的24h设计洪水过程。

上述实施例中，在选取无资料区域的过程中，是通过选取气候及下垫面条件相似的其他小流域控制水文站，来确定的，且在后续是根据各水文站的洪水资料，按照上述步骤分别计算各水文站不同洪水要素的不同频率洪水递减指数r

上述实施例中，该计算方式适用于黄土高原地区特小流域。

上述实施例中，步骤1中，对于选取的小流域控制水文站，若实测洪水资料条件较好，具有长系列的洪水要素摘录资料时，除了统计其长系列年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列外，还可统计分析其年最大3h、6h、12h等时段洪量系列，可用于分时段研究r值的变化规律，具体分段应视洪水过程线形状的变化特征而定；

上述实施例中，步骤2中，为便于与洪峰流量Q

上述实施例中，步骤3中，若还统计计算年最大3h、6h、12h等时段洪量系列，经频率分析计算获得了不同典型时段的设计洪量W

上述实施例中，气候及下垫面条件相似的其他小流域控制水文站的选取与否以及选取数量应根据分析地区的实际情况来决定；

上述实施例中，步骤5中，设计流域洪峰流量Q

上述实施例中，可根据公式计算求得设计流域的24h设计洪量，即W

上述实施例中，综合小流域控制水文站实测典型洪水过程拟定设计洪水过程的分配线型，主要目的是根据实测洪水过程确定洪水洪峰发生的时段位置。

上述技术方案的有益效果是：本发明定义了洪水递减指数的概念，通过小流域控制水文站的实测洪水资料，分析计算其年最大洪峰、年最大24h洪量等洪水要素设计值Q

其中，附图2中，峰值高的曲线，对应相应p＝1％的设计洪水过程线，峰值低的曲线，对应相应p＝3.33％的设计洪水过程线。

其中，附图3中，峰值高的曲线，对应相应p＝3.33％的设计洪水过程，峰值低的曲线，对应相应p＝1％的设计洪水过程。

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，步骤1中，选取小流域控制水文站，统计其长系列洪水资料，包括：

获取选取的小流域控制水文站的历史实测资料；

基于资料评判模型对所述历史实测资料进行预评判，确定所述历史实测资料是否符合预设要求；

若符合，将所述历史实测资料保存，并基于所述历史实测资料，提取关键资料，其中，所述关键资料包括：洪水要素摘录资料、年最大洪峰系列、年最大24h洪量系列、规格时段的洪量系列；

基于提取的关键资料，并按照洪水过程线形状的变化特征，分时段研究洪水递减指数的变化规律；

否则，对所述小流域控制文水站的历史实测资料进行时间分析，确定针对所述小流域控制文水站的连续数据区间以及非连续数据区间，并对所述连续数据区间进行第一标注，对非连续数据区间进行第二标注；

确定第一标注结果中每个连续内容的内容信息，并基于有效数据库，预估对应内容信息的第一有效值以及预估第二标注结果中对应的每个非连续内容的内容信息的第二有效值；

根据所述第一有效值以及第二有效值，对大于相应预设有效值对应的内容信息进行第三标注，同时，反向筛选未进行第三标注的第一内容，判断所述第一内容是否为连续内容；

如不是，获取所述第一内容相邻的第二内容，并与所述第一内容进行关联分析，确定所述第一内容的第一可添加内容，

若是，筛选所述第一内容的开始子内容、中间子内容以及末尾子内容，并对子内容进行内容有效优先排序，获取排序结果最优子内容作为待关联内容；

当所述待关联内容为开始子内容，且所述开始子内容左侧存在内容信息时，将所述开始子内容与左侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第二可添加内容；

当所述待关联内容为末尾子内容，且所述末尾子内容右侧存在内容信息时，将所述末尾子内容与右侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第三可添加内容；

当所述待关联内容为中间子内容，且所述中间子内容左侧以及右侧存在内容信息时，将所述中间子内容与左侧内容以及右侧内容进行关联分析，确定所述第一内容的第三可添加内容；

基于所有可添加内容，获取所述小流域控制水文站的补充观测资料；

基于补充观测资料以及历史实测资料，统计其长系列洪水资料。

该实施例中，历史实测资料是预先获取到的，且资料评判模型是按照有效实测资料(完整资料)预先训练好的。

该实施例中，预评判指的是历史实测资料中的某些信息是否满足对应的预设要求，比如对年最大洪峰系列和年最大24h洪量系列进行频率分析计算过程中，可以确定历史实测资料中是否存在该参数，其中，是否存在可以视为一个预设要求。

该实施例中，变化特征是指的洪水过程线形状在不同时间段的洪量，且对应的变化规律是指的洪量的变化规律。

该实施例中，确定连续数据区间以及非连续数据区间，是基于对历史实测资料按照时间顺序进行排序后，如果存在，1-5小时段内的数据以及8-10小时段内的数据，即该时段内的数据视为连续数据区间，比如，6小时以及12小时的数据，即该时刻的数据视为非连续数据区间，且进行第一标注以及第二标注，是为了将其连续以及不连续进行有效区分，方便后续计算。

该实施例中，内容信息，是指包括关键信息中部分或全部信息在内的，且有效数据库是预先设计好的，是与关键数据相关。

该实施例中，第一有效值以及第二有效值，是指的内容信息中，所包含的信息对获取无资料小流域的设计洪水过程的重要程度，重要程度越高对应的有效值越大。

该实施例中，第一内容相邻的第二内容，可以是第三标注中的内容也可以使第三标注的内容，主要是为了确定添加内容，进行关联分析，是为了基于时间戳的基础上，来判断某个时间段内是否存在数据内容的缺失，或者数据内容不足以支撑确定相关设计洪水过程。

该实施例中，将第一内容确定为开始子内容、中间子内容以及末尾子内容，是为了降低计算工作量，方便提高计算效率，且开始子内容、中间子内容以及末尾子内容可以只是第一内容对应的开始部分、中间部分以及末尾部分的某小部分内容。

该实施例中，观测补充内容，是基于所有可添加内容组合形成的。

该实施例中，关联分析，是为了将该内容与左右侧内容进行比较，来确定缺少或者不能支撑设计过程的数据。

上述技术方案的有益效果是：通过进行是否满足预设要求的判断以及基于有效值的判断，进而来再次确定连续与非连续内容，通过进行分类分析判断，确定可添加内容，进而便于获取有效的观测内容，来进行添加，保证后续设计洪水过程的有效值，提供数据基础。

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，步骤3中，分析计算相应频率下的洪水递减指数r

获取同个小流域对应的不同设计频率下的洪水递减指数集合；

根据所述洪水递减指数集合以及如下公式，计算每个设计频率对应的递减指数有效值；

其中，r

基于所述递减指数有效值，确定对应设计频率下的洪水递减指数集合是否合格，若合格，将对应的洪水递减指数集合保存；

否则，进行提醒，重新获取对应设计频率下的洪水递减指数集合；

如果重新获取的洪水递减指数集合对应的递减指数有效值与之前的差值绝对值在预设范围内，将对应设计频率进行显著性输出；

同时，基于差值绝对值不在预设范围内的洪水递减指数集合，将之前对应的指数集合进行更新，并保存。

该实施例中，每个频率都对应有一个洪水递减指数集合，是为了能够对每个频率对应的递减指数进行有效分析，为后续进行设计洪水过程提供有效基础。

上述技术方案的有益效果是：通过确定不同设计频率下的洪水递减指数集合，便于根据公式计算每个设计频率的递减指数有效值，且通过进行判断，来确定是否需要保存，同时，当存在不合格时，进行重新递减指数的获取，来确定差值绝对值，再次通过比较，进行显著性输出，便于方便对某个频率进行有效操作分析，为后续进行设计洪水过程提供有效基础。

本发明提供一种适用于无资料小流域的洪水过程设计新方法，将对应设计频率进行显著性输出之后，还包括：

获取所有显著性输出的设计频率，并视为第一频率；

确定影响基于所述第一频率获取对应递减指数的影响因子；

根据如下公式，确定所述第一频率的当前重要程度值W；

其中，F表示影响因子的个数；β

根据所述当前重要程度值对第一频率的优先级进行排序，当获取的优先级最高的当前重要程度值都小于重要阈值时，重新对应的系列洪水资料。

该实施例中，影响因子，可以是在进行设计洪水过程中，软件或硬件本身存在的一些影响因素，如计算速率相关的影响因子，还比如，在设计过程中，某些参数存在问题，导致存在的设计影响因子，其中，设计影响因子的影响权重值大于速率相关的影响因子的权重值。

该实施例中，第一频率可以是包括多个不同的设计频率在内的，且在不同的设计频率下，对应的影响因子可能是不同的。

上述技术方案的有益效果是：通过获取第一频率的影响因子，来根据公式计算其的当前重要程度值，通过对其进行优先级排序，便于确定是否重新获取洪水资料，便于有效保证洪水资料获取的可靠性，为后续进行设计洪水过程提供有效基础。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。