一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其方法包括：流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据和不同地貌类型区面积数据分析出流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量，采用非参数统计检验方法分析建模代表时段，获取分析结果，根据分析结果与流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量构建不同地貌类型区的单指标降雨输沙模型，分析判别并筛选有效降雨指标，基于筛选的有效降雨指标，构建分区多指标降雨输沙模型，对分区多指标降雨输沙模型中参数的取值范围进行量化约束，获得分区最优模型，采用分区最优模型计算全流域输沙量，根据全流域输沙量对分区最优模型的合理性进行分析。易于操作、成果可靠。成果可靠。成果可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法


[0001]本专利技术涉及工程泥沙
，特别涉及一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法。

技术介绍

[0002]流域产沙是降雨和下垫面结合的产物,无论下垫面还是降雨，一旦发生变化，都会产生不同的沙量。在分析流域产沙量变化原因时，需要分析人类活动影响较小的天然下垫面产沙量，在论证新建水库、淤地坝等工程时，需要分析流域现状下垫面的产沙量。在分析不同下垫面产沙量时，一般需要分析建模时段并构建降雨输沙模型。
[0003]黄土高原地貌复杂多样，包括黄土丘陵沟壑区、河源梁墹区、黄土高塬沟壑区、风沙区、黄土阶地区和黄土丘陵林区等多种地貌类型区，不同地貌类型区的产沙模数差别很大。对于包含多种地貌类型区的某一流域，如果在计算产沙量时不考虑地貌类型的差别，只采用一个降雨输沙模型计算，势必导致沙量计算结果偏大或者偏小。在确定建模时段时，由于水沙关系的复杂性，常用的双累积曲线法分析得出的突变点往往具有不确定性，会出现多个不同的突变点，在确定流域突变点时可能存在较多的人为因素。另外，在建立降雨输沙模型时，如果设定的参数初始值不当，可能导致计算收敛速度慢或者出现指数为负数等不符合物理概念的情况。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，用以计算不同下垫面输沙量，包括以下步骤：
[0005]采集流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据、不同地貌类型区面积数据；
[0006]根据所述流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据和不同地貌类型区面积数据分析出流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量；
[0007]采用非参数统计检验方法分析建模代表时段，获取分析结果；
[0008]根据所述分析结果与流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量构建不同地貌类型区的单指标降雨输沙模型，分析判别并筛选有效降雨指标；
[0009]基于筛选的有效降雨指标，构建分区多指标降雨输沙模型，对所述分区多指标降雨输沙模型中参数的取值范围进行量化约束，获得分区最优模型；
[0010]采用所述分区最优模型计算全流域输沙量，获取计算结果，根据所述计算结果对所述分区最优模型的合理性进行分析。
[0011]优选的，所述根据所述流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据和不同地貌类型区面积数据分析出流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量，包括：
[0012]根据所述流域雨量站降雨数据，分析不同地貌类型区的降雨特征指标，根据所述水文站实测输沙量数据，分析不同地貌类型区的分区输沙量；
[0013]其中，所述不同地貌类型区指同一流域包含两种及两种以上地貌类型；
[0014]所述降雨特征指标包括时段降雨量P、时段平均雨强I、时段降雨笼罩面积F、不同等级降雨量P
n
、不同等级雨强I
n
、不同等级降雨笼罩面积F
n
及最大N日雨量P
maxN
；
[0015]所述分区输沙量包括不同地貌类型区的年输沙量W
s分区
，根据各地貌分区内水文站实测沙量W
s水文站
，采用面积比法进行计算：
[0016][0017]其中，F
分区
为不同地貌类型区的面积，F
水文站
为各地貌分区内水文站的集水面积。
[0018]优选的，所述采用非参数统计检验方法分析建模代表时段，获取分析结果，包括：
[0019]基于Mann
‑
Whitney
‑
Pettitt法分析不同地貌类型区的产沙系数(产沙系数＝输沙量/(面积*降水量))统计量Ut，检测出产沙系数序列的一级突变年份，然后以该突变年份为界将原沙量序列一分为二，继续检测新的突变年份，可检测出二级突变年份，从而获得所述建模代表时段；
[0020]将所述建模代表时段作为所述分析结果。
[0021]优选的，所述根据所述分析结果与流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量构建不同地貌类型区的单指标降雨输沙模型，分析判别并筛选有效降雨指标，包括：
[0022]根据所述分区输沙量与降雨特征指标，采用非线性回归方法，分别建立分区沙量时段降雨量P、时段平均雨强I、时段降雨笼罩面积F、不同等级降雨量P
n
、不同等级雨强I
n
、不同等级降雨笼罩面积F
n
及最大N日雨量P
maxN
等单个降雨指标的关系，从中筛选出与输沙量相关性大于等于预设阈值的多组单个降雨指标，作为有效降雨指标，单指标降雨输沙模型构建方法如下：
[0023]W
s分区
＝αP
β
[0024]其中，α为系数，β为指数。
[0025]优选的，所述基于筛选的有效降雨指标，构建分区多指标降雨输沙模型，对所述分区多指标降雨输沙模型中参数的取值范围进行量化约束，选择分区最优模型，包括：
[0026]基于筛选的有效降雨指标，进行两两降雨指标组合，组合方式为时段降雨量与平均雨强、时段降雨量与笼罩面积、时段降雨量与最大N日雨量、不同等级降雨量与雨强、不同等级降雨量与笼罩面积进行组合，获取多组组合后的降雨指标；
[0027]根据每组组合的降雨指标，构建每组组合的降雨指标对应的分区多指标降雨输沙模型：
[0028]W
s分区
＝αP
β
I
δ
[0029]其中，α为系数，β、δ为指数；
[0030]根据黄河流域主要产沙区数十组降雨输沙模型总结分析结果对所述分区多指标降雨输沙模型中的参数的取值范围进行量化约束；
[0031]在多组多指标降雨输沙模型中选择相关度最高的一组作为采用的分区最优模型。
[0032]优选的，所述采用所述分区最优模型计算全流域输沙量，获取计算结果，根据所述计算结果对所述分区最优模型的合理性进行分析，包括：
[0033]利用所述分区最优模型计算各分区输沙量，累加后计算全流域输沙量；
[0034]将计算的全流域输沙量与流域把口水位站的实测输沙量进行对比分析，若二者的
相似度大于等于第三预设阈值，确认所述分区最优模型的合理性为优，否则重新选降雨输沙模型进行计算。
[0035]优选的，所述方法还包括：对所述分区最优模型进行稳定性检测，检测步骤包括：
[0036]设定预设坐标系，在所述流域中固定设置多个不同含沙量的沙坑作为特征点；
[0037]将各个特征点输入到所述分区最优模型中，获得所述分区最优模型输出的特征数据；
[0038]利用预设图像采集装置在所述特征数据中采集每个沙坑的图像数据，对每个沙坑的图像数据进行处理获得不同特征点的实时坐标值；
[0039]根据不同特征点的实时坐标值获得所述流域的第一数字化地貌曲面；
[0040]对所述流域进行模拟间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：采集流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据、不同地貌类型区面积数据；根据所述流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据和不同地貌类型区面积数据分析出流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量；采用非参数统计检验方法分析建模代表时段，获取分析结果；根据所述分析结果与流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量构建不同地貌类型区的单指标降雨输沙模型，分析判别并筛选有效降雨指标；基于筛选的有效降雨指标，构建分区多指标降雨输沙模型，对所述分区多指标降雨输沙模型中参数的取值范围进行量化约束，获得分区最优模型；采用所述分区最优模型计算全流域输沙量，获取计算结果，根据所述计算结果对所述分区最优模型的合理性进行分析。2.如权利要求1所述的适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其特征在于，所述根据所述流域雨量站降雨数据、水文站实测输沙量数据和不同地貌类型区面积数据分析出流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量，包括：根据所述流域雨量站降雨数据，分析不同地貌类型区的降雨特征指标，根据所述水文站实测输沙量数据，分析不同地貌类型区的分区输沙量；其中，所述不同地貌类型区指同一流域包含两种及两种以上地貌类型；所述降雨特征指标包括时段降雨量P、时段平均雨强I、时段降雨笼罩面积F、不同等级降雨量P
n
、不同等级雨强I
n
、不同等级降雨笼罩面积F
n
及最大N日雨量P
maxN
；所述分区输沙量包括不同地貌类型区的年输沙量W
s分区
，根据各地貌分区内水文站实测沙量W
s水文站
，采用面积比法进行计算：其中，F
分区
为不同地貌类型区的面积，F
水文站
为各地貌分区内水文站的集水面积。3.如权利要求1所述的适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其特征在于，所述采用非参数统计检验方法分析建模代表时段，获取分析结果，包括：基于Mann
‑
Whitney
‑
Pettitt法分析不同地貌类型区的产沙系数统计量Ut，检测出产沙系数序列的一级突变年份，然后以该突变年份为界将原沙量序列一分为二，继续检测新的突变年份，可检测出二级突变年份，从而获得所述建模代表时段；将所述建模代表时段作为所述分析结果。4.如权利要求2所述的适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其特征在于，所述根据所述分析结果与流域不同地貌类型区降雨特征指标及分区输沙量构建不同地貌类型区的单指标降雨输沙模型，分析判别并筛选有效降雨指标，包括：根据所述分区输沙量与降雨特征指标，采用非线性回归方法，分别建立分区沙量时段降雨量P、时段平均雨强I、时段降雨笼罩面积F、不同等级降雨量P
n
、不同等级雨强I
n
、不同等级降雨笼罩面积F
n
及最大N日雨量P
maxN
等单个降雨指标的关系，从中筛选出与输沙量相关性大于等于预设阈值的多组单个降雨指标，作为有效降雨指标，单指标降雨输沙模型构建方法如下：
W
s分区
＝αP
β
其中，α为系数，β为指数。5.如权利要求4所述的适用于多地貌类型区的降雨输沙模型构建方法，其特征在于，所述基于筛选的有效降雨指标，构建分区多指标降雨输沙模型，对所述分区多指标降雨输沙模型中参数的取值范围进行量化约束，选择分区最优模型，包括：基于筛选的有效降雨指标，进行两两降雨指标组合，组合方式为时段降雨量与平均雨强、时段降雨量与笼罩面积、时段降雨量与最大N日雨量、不同等级降雨量与雨强、不同等级降雨量与笼罩面积进行组合，获取多组组合后的降雨指标；根据每组组合的降雨指标，构建每组组合的降雨指标对应的分区多指标降雨输沙模型：W
s分区
＝αP
β
I
δ
其中，α为系数，β、δ为指数；根据黄河流域主要产沙区数十组降雨输沙模型总结分析结果对所述分区多指标降雨输沙模型中的参数的取值范围进行量化约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：付健，陈松伟，盖永岗，邓伟杰，张强，王鹏，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：