一种流域径流水文条件精细化评价的方法及装置

技术领域

本发明涉及流域径流水文条件的技术领域，尤其涉及一种流域径流水文条件精细化评价的方法及装置。

背景技术

中国水电开发“三步走”的战略中提出，第一步预计到2020年，水电的装机容量会达到3.5亿千瓦，年发电量会达到13220亿千瓦时；第二步预计到2030年，常规水电装机容量将达到4.3亿千瓦，年发电量为18530亿千瓦时；第三步预计到2050年，常规水电装机容量将达到5.1亿千瓦，年发电量为14050亿千瓦时。

为了合理有效地利用水力发电，水文预报扮演着重要的角色，并且水文预报的预见期越长，预测精度越高，对于水电站的发电、防洪、通航等指导意义越强。而流域年径流水文条件的分析评价，对于认识水文动力系统的演化特征，有效指导中长期水文预报、水库调度运行管理具有重要意义。目前，对流域径流水文条件分析的研究，单纯以丰、平、枯几个水平进行区间划分，精细化程度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种流域径流水文条件精细化评价的方法及装置，精细地反映流域径流的水文条件。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种流域径流水文条件精细化评价的方法，所述方法包括：

获取流域历史径流的数据，并通过所述数据确定样本矩阵；

根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数；

根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值；

通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵，且通过计算得到所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率；

将所述样本矩阵的累积概率矩阵和所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率进行比较，得到所述样本的水文条件精细化评价结果。

可选的，所述根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数包括：

通过K-S检验确定所述样本矩阵是否符合正态分布；

根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数的公式f(x)。

可选的，所述根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值包括：

根据所述正态分布密度函数的公式f(x)，通过计算得到正态分布的累积分布函数的公式F(x)；

根据所述正态分布的累积分布函数的公式F(x)，考虑流域径流不同水文条件出现的概率，并确定流域径流丰平枯水平的临界值。

可选的，所述通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵包括：

基于所述正态分布的累积分布函数，通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵。

另外，本发明实施例还提供了一种流域径流水文条件精细化评价的装置，所述装置包括：

数据获取模块：用于获取流域历史径流的数据，并通过所述数据确定样本矩阵；

函数拟合模块：用于根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数；

临界值确定模块：用于根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值；

累积概率计算模块：用于通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵，且通过计算得到所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率；

累积概率比较模块：用于将所述样本矩阵的累积概率矩阵和所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率进行比较，得到所述样本的水文条件精细化评价结果。

可选的，所述函数拟合模块还包括：用于通过K-S检验确定所述样本矩阵是否符合正态分布；根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数的公式f(x)。

可选的，所述临界值确定模块还包括：用于根据所述正态分布密度函数的公式f(x)，通过计算得到正态分布的累积分布函数的公式F(x)；根据所述正态分布的累积分布函数的公式F(x)，考虑流域径流不同水文条件出现的概率，并确定流域径流丰平枯水平的临界值。

可选的，所述累积概率计算模块还包括：用于基于所述正态分布的累积分布函数，通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵。

在本发明实施中，根据流域历史径流数据的特点，通过历史数据拟合出正态分布概率密度函数，并据此得到累积分布函数；考虑不同流域水文条件的历史出现概率，依据累积概率对流域不同丰平枯的临界值制定了划分等级标准，最后对流域实际径流数据的累积概率与各丰平枯临界值对应的累积概率进行比较，从而得到相应的精细化水文条件；从流域历史数据的内在规律出发，能够精细地反映流域径流的水文条件，计算速度快，便于工程应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的流域径流水文条件精细化评价的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的流域径流水文条件精细化评价的装置的结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例中的流域径流水文条件精细化评价的方法的流程示意图。

如图1所示，一种流域径流水文条件精细化评价的方法，所述方法包括：

S11：获取流域历史径流的数据，并通过所述数据确定样本矩阵；

具体的，获取第n年的流域历史径流的数据，设有n年的径流过程，表示为n*1阶矩阵。

S12：根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数；

在本发明具体实施过程中，所述根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数包括：通过K-S检验确定所述样本矩阵是否符合正态分布；根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数的公式f(x)。

具体的，单个样本的K-S检验是检验单一样本是否符合某一特定分布的方法；它以样本数据的累计频数分布与特定理论分布相比较，若两者间的差距很小，则推断该样本符合该特定分布；步骤如下：

(1)定义假设H

(2)定义假设H

(3)F(x)表示本发明所取样本矩阵的累计分布函数，F

(4)当实际观测D>D(n,α)(D(n,α)是显著水平为α，样本容量为n时，D的拒绝临界值)，则拒绝假设H

S13：根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值；

在本发明具体实施过程中，所述根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值包括：根据所述正态分布密度函数的公式f(x)，通过计算得到正态分布的累积分布函数的公式F(x)；根据所述正态分布的累积分布函数的公式F(x)，考虑流域径流不同水文条件出现的概率，并确定流域径流丰平枯水平的临界值。

具体的，不同丰平枯临界值划分标准如表1所示，当F(x)≤0.05时，水文条件为特枯；当0.05＜F(x)≤0.2时，水文条件为(特枯，枯]；当0.2＜F(x)≤0.5时，水文条件为(枯，平]；当0.5＜F(x)≤0.8时，水文条件为(平，丰]；当0.8＜F(x)<0.95时，水文条件为(丰，特丰)；当F(x)≥0.95时，水文条件为特丰。

表1不同丰平枯范围划分标准

S14：通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵，且通过计算得到所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率；

在本发明具体实施过程中，所述通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵包括：基于所述正态分布的累积分布函数，通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵。

S15：将所述样本矩阵的累积概率矩阵和所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率进行比较，得到所述样本的水文条件精细化评价结果。

需要说明的是，所述水文条件的精细化划分是指：枯偏特枯X、平偏枯X、平偏丰X、丰偏特丰X(X取值范围为(0，1))。

具体的，所述样本矩阵的累积概率矩阵为m，判断m所在的区间，若m∈(0，0.05]，则该样本的值为特枯；若m∈(0.05，0.2]，则该样本的值为特枯偏枯X，且X＝(0.2-m)/0.15；若m∈(0.2，0.5]，则该样本的值为平偏枯X，且X＝(0.5-m)/0.3；若m∈(0.5，0.8]，则该样本的值为平偏丰X，且X＝(m-0.5)/0.3；若m∈(0.8，0.95)，则该样本的值为丰偏特丰X，且X＝(m-0.8)/0.15；若m∈[0.95，1)，则该样本的值为特丰。

在本发明实施中，根据流域历史径流数据的特点，通过历史数据拟合出正态分布概率密度函数，并据此得到累积分布函数；考虑不同流域水文条件的历史出现概率，依据累积概率对流域不同丰平枯的临界值制定了划分等级标准，最后对流域实际径流数据的累积概率与各丰平枯临界值对应的累积概率进行比较，从而得到相应的精细化水文条件；从流域历史数据的内在规律出发，能够精细地反映流域径流的水文条件，计算速度快，便于工程应用。

实施例二

在具体实施中，以某流域1956-1964年的径流数据为例，具体步骤如下：

(1)获取流域历史径流数据，确定样本矩阵；以某流域1956-1964年的径流数据为例，表示为55*1阶矩阵；

(2)根据样本矩阵拟合出正态分布概率密度函数，求出该样本矩阵中所有样本的均值和标准差，并且通过单个样本的K-S检验，确定样本矩阵符合正态分布；表2是样本矩阵单个K-S检验结果，检验结果表示样本矩阵符合正态分布；根据正态分布概率密度函数的公式得到f(x)；

表2样本矩阵单个K-S检验结果

(3)利用正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值；不同丰平枯临界值划分标准如表1所示；具体过程为：根据步骤(2)得到的概率密度函数f(x)求出累积分布函数F(x)，考虑流域径流不同水文条件出现的概率，当F(x)≤0.05时，水文条件为特枯；当0.05＜F(x)≤0.2时，水文条件为(特枯，枯]；当0.2＜F(x)≤0.5时，水文条件为(枯，平]；当0.5＜F(x)≤0.8时，水文条件为(平，丰]；当0.8＜F(x)<0.95时，水文条件为(丰，特丰)；当F(x)≥0.95时，水文条件为特丰。

(4)对样本矩阵的每一个样本对应的累积概率与相应临界值的累积概率进行比较，得到每一个样本的水文条件精细化评价结果；所述水文条件的精细化划分是指：枯偏特枯X、平偏枯X、平偏丰X、丰偏特丰X(X取值范围为(0,1))；具体的计算步骤如下：

1)利用正态分布的累积分布函数求出样本矩阵的每一个样本对应的累积概率m；

2)判断m所在的区间，若m∈(0,0.05]，则该样本的值为特枯；若m∈(0.05,0.2]，则该样本的值为特枯偏枯X，且X＝(0.2-m)/0.15；若m∈(0.2,0.5]，则该样本的值为平偏枯X，且X＝(0.5-m)/0.3；若m∈(0.5,0.8]，则该样本的值为平偏丰X，且X＝(m-0.5)/0.3；若m∈(0.8,0.95)，则该样本的值为丰偏特丰X，且X＝(m-0.8)/0.15；若m∈[0.95,1)，则该样本的值为特丰。

按照上述方法得到的流域径流水文条件精细化评价结果如表3所示。

表3流域水文条件的精细划分结果表

在本发明实施中，根据流域历史径流数据的特点，通过历史数据拟合出正态分布概率密度函数，并据此得到累积分布函数；考虑不同流域水文条件的历史出现概率，依据累积概率对流域不同丰平枯的临界值制定了划分等级标准，最后对流域实际径流数据的累积概率与各丰平枯临界值对应的累积概率进行比较，从而得到相应的精细化水文条件；从流域历史数据的内在规律出发，能够精细地反映流域径流的水文条件，计算速度快，便于工程应用。

实施例三

请参阅图2，图2是本发明实施例中的流域径流水文条件精细化评价的装置的结构组成示意图。

如图2所示，一种流域径流水文条件精细化评价的装置，所述装置包括：

数据获取模块11：用于获取流域历史径流的数据，并通过所述数据确定样本矩阵；

函数拟合模块12：用于根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数；

在本发明具体实施过程中，所述函数拟合模块12还包括：通过K-S检验确定所述样本矩阵是否符合正态分布；根据所述样本矩阵拟合得到正态分布概率密度函数的公式f(x)。

临界值确定模块13：用于根据所述正态分布概率密度函数得到正态分布的累积分布函数，并通过所述正态分布的累积分布函数确定流域径流丰平枯水平的临界值；

在本发明具体实施过程中，所述临界值确定模块13还包括：用于根据所述正态分布密度函数的公式f(x)，通过计算得到正态分布的累积分布函数的公式F(x)；根据所述正态分布的累积分布函数的公式F(x)，考虑流域径流不同水文条件出现的概率，并确定流域径流丰平枯水平的临界值。

累积概率计算模块14：用于通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵，且通过计算得到所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率；

在本发明具体实施过程中，所述累积概率计算模块14还包括：用于基于所述正态分布的累积分布函数，通过计算得到所述样本矩阵的累积概率矩阵。

累积概率比较模块15：用于将所述样本矩阵的累积概率矩阵和所述流域径流丰平枯水平的临界值的累积概率进行比较，得到所述样本的水文条件精细化评价结果。

具体地，本发明实施例的装置相关功能模块的工作原理可参见方法实施例的相关描述，这里不再赘述。

在本发明实施中，根据流域历史径流数据的特点，通过历史数据拟合出正态分布概率密度函数，并据此得到累积分布函数；考虑不同流域水文条件的历史出现概率，依据累积概率对流域不同丰平枯的临界值制定了划分等级标准，最后对流域实际径流数据的累积概率与各丰平枯临界值对应的累积概率进行比较，从而得到相应的精细化水文条件；从流域历史数据的内在规律出发，能够精细地反映流域径流的水文条件，计算速度快，便于工程应用。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种流域径流水文条件精细化评价的方法及装置进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。