流域洪水模拟计算的实时校正方法、系统、装置及介质

技术领域

本发明涉及一种流域洪水模拟计算的实时校正方法、系统、装置及介质，属于洪水预报技术领域。

背景技术

降雨产生洪水的量级与降雨量大小、前期土壤含水量和流域特征有关。水文工作者根据流域内雨量站的实际降雨量，使用流域水文模型进行流域产汇流计算，模拟计算预报流域出口断面位置未来一段时间内的流量过程。我国南方流域多使用新安江蓄满产流模型，只有土壤蓄满部分的流域产流，而预报时刻的土壤含水量是未知的，通常对模型进行长时间演算推求预报时刻的土壤含水量，也因流域蒸散发不确定性，容易造成径流计算误差。实时预报系统往往使用实时校正技术来减小误差，例如自回归模型、卡尔曼滤波、神经网络算法等，使用当前的误差去预测未来的误差，校正模型预报计算值。将误差作为时间序列，采用数值统计和状态估计方法，预测未来误差，但上述方法没有抓住误差成因或者是算法太复杂，往往效果不好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种流域洪水模拟计算的实时校正方法、系统、装置及介质，解决由于土壤含水量误差导致洪水模拟计算不准确的技术问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正方法，包括：

获取模拟计算的当前时刻，并基于当前时刻确定模拟计算的开始时刻；

获取当前时刻的洪峰状态，并结合开始时刻确定模拟计算的目标时段；

初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量，并输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值；

根据模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值计算目标时段内洪量的模拟计算值；

获取目标时段内洪量的实测值，并计算目标时段内洪量的模拟计算值与实测值之间的误差值；

判断误差值是否小于等于误差阈值，若是，则输出土壤含水量最优值；若否，则对土壤含水量进行校正，并将校正后的土壤含水量替换初始化的土壤含水量且返回步骤：初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量；

将土壤含水量最优值输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值；

从模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值中获取当前时刻之后的预报时段内各时刻流量的模拟计算最优值。

优选的，所述模拟计算的开始时刻为：模拟计算的当前时刻之前时长T内的最小流量出现的时刻，所述时长T＝流域预见期+48h。

优选的，所述模拟计算的目标时段为：

若当前时刻的洪峰状态为洪峰未出现，则模拟计算的目标时段为当前时刻之前一个流域预见期；

若当前时刻的洪峰状态为洪峰已出现，但洪峰出现时刻至当前时刻未超过半个流域预见期，则模拟计算的目标时段为当前时刻之前一个流域预见期；

若当前时刻的洪峰状态为洪峰已出现，但洪峰出现时刻至当前时刻超过半个流域预见期，则模拟计算的目标时段为洪峰出现时刻前后各半个流域预见期。

优选的，所述初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量θ为：

θ＝a*Q

式中，a、b、c为常数参数，a的取值为1-5，b的取值为0.15-0.65，c的取值为30-60，Q为模拟计算的开始时刻的断面流量。

优选的，所述对土壤含水量进行校正的表达式为：

式中，θ

第二方面，本发明提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正系统，所述系统包括：

开始时刻确定模块，用于获取模拟计算的当前时刻，并基于当前时刻确定模拟计算的开始时刻；

目标时段确定模块，用于获取当前时刻的洪峰状态，并结合开始时刻确定模拟计算的目标时段；

第一模拟计算模块，用于初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量，并输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值；

第一获取模块，用于根据模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值计算目标时段内洪量的模拟计算值；

误差计算模块，用于获取目标时段内洪量的实测值，并计算目标时段内洪量的模拟计算值与实测值之间的误差值；

土壤含水量校正模块，用于判断误差值是否小于等于误差阈值，若是，则输出土壤含水量最优值；若否，则对土壤含水量进行校正，并将校正后的土壤含水量替换初始化的土壤含水量且返回第一模拟计算模块中循环迭代；

第二模拟计算模块，用于将土壤含水量最优值输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值；

第二获取模块，用于从模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值中获取当前时刻之后的预报时段内各时刻流量的模拟计算最优值。

第三方面，本发明提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供的一种流域洪水模拟计算的实时校正方法、系统、装置及介质，通过确定合适的模型计算开始时刻，保证开始时刻的土壤含水量对后期预报时段内的模拟计算产生影响；提出了初始土壤含水量的逐步迭代过程，根据当前时刻与洪峰出现时刻分情况选定目标时段，使目标时段内的模拟成果接近实测成果，从而优化土壤含水量；通过优化后的土壤含水量提高了实时洪水预报的成果精度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种流域洪水模拟计算的实时校正方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的洪峰未出现的流量示意图；

图3是本发明实施例一提供的洪峰出现且洪峰出现时刻至当前时刻未超过半个流域预见期的流量示意图；

图4是本发明实施例一提供的洪峰出现且洪峰出现时刻至当前时刻超过半个流域预见期的流量示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本发明提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正方法，包括以下步骤：

1、获取模拟计算的当前时刻，并基于当前时刻确定模拟计算的开始时刻；

模拟计算的开始时刻为：模拟计算的当前时刻之前时长T内的最小流量出现的时刻，时长T＝流域预见期+48h。

流域预见期为流域重心降雨到达地面后至洪水流到出口断面的时段。

2、获取当前时刻的洪峰状态，并结合开始时刻确定模拟计算的目标时段；

模拟计算的目标时段为：

如图2所示，若当前时刻Tj的洪峰状态为洪峰未出现，则模拟计算的目标时段为当前时刻Tj之前一个流域预见期；(Ts为模拟计算的开始时刻，Te为模拟计算的结束时刻)

如图3所示，若当前时刻Tj的洪峰状态为洪峰已出现，但洪峰出现时刻至当前时刻Tj未超过半个流域预见期，则模拟计算的目标时段为当前时刻之前一个流域预见期；

如图4所示，若当前时刻Tj的洪峰状态为洪峰已出现，但洪峰出现时刻至当前时刻Tj超过半个流域预见期，则模拟计算的目标时段为洪峰出现时刻前后各半个流域预见期。

3、初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量，并输入流域水文模型获取模拟计算时段(以图2为例，为Ts-Te)内各时刻流量的模拟计算值；

初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量θ为：

θ＝a*Q

式中，a、b、c为常数参数，取值可以根据流域特征选择，a的取值为1-5(取值与流域下垫面特征有关)，b的取值为0.15-0.65(取值与流域面积有关)，c的取值为30-60(取值与深层土壤蓄水容量有关)，Q为模拟计算的开始时刻的断面流量。

在输入流域水文模型之前，需要对土壤含水量在土壤上中下层进行分配，最先满足下层张力水DW，其次是中层张力水MW，再次是上层张力水UW，最后是重力水SW。

若θ>DM+MM+UM，

则DW＝DM；MW＝MM；UW＝UM；SW＝θ-(DW+MW+UW)

若θ>DM+MM，

则DW＝DM；MW＝MM；UW＝θ-(DW+MW)；SW＝0

如果θ>DM，

则DW＝DM；MW＝θ-DW；UW＝0；SW＝0

如果θ<＝DM，

则DW＝θ；MW＝0；UW＝0；SW＝0

DM为下层蓄水能力、MM为中层蓄水能力、UM为上层蓄水能力。

4、根据模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值计算目标时段内洪量的模拟计算值；

洪量为时段内水量体积，可以取各时刻流量的平均值然后乘以目标时段的时长获取。

5、获取目标时段内洪量的实测值，并计算目标时段内洪量的模拟计算值与实测值之间的误差值；

6、判断误差值是否小于等于误差阈值，若是，则输出土壤含水量最优值；若否，则对土壤含水量进行校正，并将校正后的土壤含水量替换初始化的土壤含水量且返回步骤3；

对土壤含水量进行校正的表达式为：

式中，θ

7、将土壤含水量最优值输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值；

8、从模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值中获取当前时刻之后的预报时段(以图2为例，为Tj-Te)内各时刻流量的模拟计算最优值。

实施例二：

本发明实施例提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正系统，系统包括：

开始时刻确定模块，用于获取模拟计算的当前时刻，并基于当前时刻确定模拟计算的开始时刻；

目标时段确定模块，用于获取当前时刻的洪峰状态，并结合开始时刻确定模拟计算的目标时段；

第一模拟计算模块，用于初始化模拟计算的开始时刻的土壤含水量，并输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值；

第一获取模块，用于根据模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值中获取目标时段内洪量的模拟计算值；

误差计算模块，用于获取目标时段内洪量的实测值，并计算目标时段内洪量的模拟计算值与实测值之间的误差值；

土壤含水量校正模块，用于判断误差值是否小于等于误差阈值，若是，则输出土壤含水量最优值；若否，则对土壤含水量进行校正，并将校正后的土壤含水量替换初始化的土壤含水量且返回第一模拟计算模块中循环迭代；

第二模拟计算模块，用于将土壤含水量最优值输入流域水文模型获取模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值；

第二获取模块，用于从模拟计算时段内各时刻流量的模拟计算值最优值中获取当前时刻之后的预报时段内各时刻流量的模拟计算最优值。

实施例三：

基于实施例一，本发明实施例提供了一种流域洪水模拟计算的实时校正装置，包括处理器及存储介质；

存储介质用于存储指令；

处理器用于根据指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。

实施例四：

基于实施例一，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。