一种场次洪水降雨径流过程界定方法

摘要

本发明公开了一种场次洪水降雨径流过程界定方法，涉及水文预报技术领域。在确定洪水降雨径流过程的起始时间和终止时间时，并通过起始时间和终止时间界定降雨径流过程时综合考虑了降雨过程和流域出口断面的流量起涨过程，所以，采用本发明所述方法，在汛期降雨历时较长、降雨间隔时间较短、洪水过程呈现多峰及复式洪水等复杂起涨情况下，可以通过较简单的操作仍然能够较为清晰准确的划分场次洪水降雨径流过程，弥补了现有技术的缺陷。

权利要求

1.一种场次洪水降雨径流过程界定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，收集研究流域范围内雨量站的降水摘录表以及流域出口断面的洪水要素摘录表，并将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列分别转化为等时间间隔的降雨量序列以及流量序列；

S2，确定场次洪水；

S3，确定洪水降雨径流过程的起始时间，具体为：识别本场洪水流量起涨点之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别该连续降雨过程的时间起点，得到本场次洪水降雨径流过程的起始时间；

S4，确定单峰洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：识别本场洪水的流域出口断面的流量过程线的波谷之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别所有雨量站连续降雨过程的时间起点与退水流量达到起涨流量的时间点中的最早的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

S5，确定复式洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：设置复式洪水流量的起涨点作为流量的阈值点，复式洪水退水部分能够退至阈值点的情况下，识别退水流量等于阈值点的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；复式洪水退水部分还未退至阈值点时下一场次的洪水流量开始起涨的情况下，识别下一场次洪水流量起涨点之前连续降雨过程的起始点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

S6，根据S3-S5识别的起始点和终止点，对场次洪水模拟降雨径流过程进行界定，具体为：识别各雨量站的洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间之间的降雨过程，得到场次洪水降雨过程；识别流域出口断面洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间内的流量过程，得到场次洪水流量过程；

S2包括如下步骤：

S201，识别流域出口断面流量过程线的波峰和波谷；

S202，根据识别的波峰波谷，确定场次洪水的类型，包括单峰洪水和复式洪水；

S203，对于单峰洪水和复式洪水分别单独确定洪水的场次以及各场洪水的时间。

2.根据权利要求1所述的场次洪水降雨径流过程界定方法，其特征在于，S1中，通过插值的方法将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列分别转化为等时间间隔的降水量序列以及流量序列。

3.根据权利要求2所述的场次洪水降雨径流过程界定方法，其特征在于，S1中，所述时间间隔根据地区的干旱程度进行设置，对于干旱半干旱地区，降雨径流历时短，时间间隔设为数分钟；对于湿润半湿润地区，降雨径流过程历时长，时间间隔设为数小时。

4.根据权利要求3所述的场次洪水降雨径流过程界定方法，其特征在于，S201中，按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波峰：qt-1

按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波谷：

qt-1>qt且qt+1>qt；

其中，qt-1、qt、qt+1分别为同一个流量过程中第t-1、t、t+1时刻的流量值。

说明书

一种场次洪水降雨径流过程界定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水文预报技术领域，尤其涉及一种场次洪水降雨径流过程界定方法。

背景技术

[0002] 当前为研究水文预报、水库调度、水资源管理等问题，场次洪水的降雨径流过程界定是必不可少的步骤之一。

[0003] 目前，广泛使用的界定场次洪水降雨径流过程的方法是：以流域出口断面的流量起涨时刻作为场次洪水降雨径流过程的起点，以流域出口断面退水流量等于起涨流量的时刻作为场次洪水降雨径流过程的终止点。这种方法以流域出口断面的流量涨落过程为依据，识别方法简单，对于干旱半干旱地区大的单峰洪水识别效果良好。

[0004] 然而，湿润半湿润地区汛期的降雨过程呈现降雨过程持续时间长，降雨过程间隔时间较短，流域出口断面的流量过程并非单峰且退水流量退不到起涨流量就又开始下一场次洪水的起涨的特性。此时直接以流域出口断面的流量起落过程来直接界定场次洪水的降雨径流过程，就会出现单峰洪水过程无法界定，且在降雨径流过程中没有考虑到初始降雨损失等问题，因此需要结合降雨过程来界定场次洪水的降雨径流过程。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种场次洪水降雨径流过程界定方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种场次洪水降雨径流过程界定方法，包括如下步骤：

[0008] S1，收集研究流域范围内雨量站的降水摘录表以及流域出口断面的洪水要素摘录表，并将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列转化为等时间间隔的水文序列；

[0009] S2，确定场次洪水；

[0010] S3，确定洪水降雨径流过程的起始时间，具体为：识别每场洪水流量起涨点之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别该连续降雨过程的时间起点，得到场次洪水降雨径流过程的起始时间；

[0011] S4，确定单峰洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：识别本场洪水的波谷之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别所有雨量站连续降雨过程的时间起点与退水流量达到起涨流量的时间点中的最早的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

[0012] S5，确定复式洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：复式洪水退至阈值点之前且流量没有起涨的情况下，识别退水流量等于起涨流量的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；复式洪水退至阈值点之间且下一场次的洪水开始起涨的情况下，识别阈值点之前连续降雨过程的起始点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

[0013] S6，根据S3-S5识别的起始点和终止点，对场次洪水模拟降雨径流过程进行界定，具体为：识别各雨量站的洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间之间的降雨过程，得到场次洪水降雨过程；识别流域出口断面洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间内的流量过程，得到场次洪水流量过程。

[0014] 优选地，S1中，通过插值的方法将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列转化为等时间间隔的水文序列。

[0015] 优选地，S1中，所述时间间隔根据地区的干旱程度进行设置，对于干旱半干旱地区，降雨径流历时短，时间间隔设为数分钟；对于湿润半湿润地区，降雨径流过程历时长，时间间隔设为数小时。

[0016] 优选地，S2包括如下步骤：

[0017] S201，识别流域出口断面流量过程线的波峰和波谷；

[0018] S202，根据识别的波峰波谷，确定场次洪水的类型，包括单峰洪水和复式洪水；

[0019] S203，对于单峰洪水和复式洪水分别单独确定洪水的场次以及各场洪水的大致时间。

[0020] 优选地，S201中，按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波峰：

[0021] qt-1＜qt且qt+1＜qt；

[0022] 按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波谷：

[0023] qt-1＞qt且qt+1＞qt；

[0024] 其中，qt-1、qt、qt+1分别为同一个流量过程中第t-1、t、t+1时刻的流量值。

[0025] 本发明的有益效果是：本发明提供的场次洪水降雨径流过程界定方法，在确定洪水降雨径流过程的起始时间和终止时间时，并通过起始时间和终止时间界定降雨径流过程时综合考虑了降雨过程和流域出口断面的流量起涨过程，所以，采用本发明所述方法，在汛期降雨历时较长、降雨间隔时间较短、洪水过程呈现多峰及复式洪水等复杂起涨情况下，可以通过较简单的操作仍然能够较为清晰准确的划分场次洪水降雨径流过程，弥补了现有技术的缺陷。

附图说明

[0026] 图1为本发明提供的场次洪水降雨径流过程界定方法流程示意图；

[0027] 图2为澴河流域水系示意图；

[0028] 图3为1989年澴河流域降雨径流过程示意图；

[0029] 图4为依据流量过程划分场次洪水的结果示意图；

[0030] 图5为19890507号洪水起始时间判断方法示意图；

[0031] 图6为19890603号洪水起始时间判断方法示意图；

[0032] 图7为19890606号洪水起始时间判断方法示意图；

[0033] 图8为19890804号洪水起始时间判断方法示意图；

[0034] 图9为19890925号洪水起始时间判断方法示意图；

[0035] 图10为19890507号洪水终止时间判断方法示意图；

[0036] 图11为19890603号洪水终止时间判断方法示意图；

[0037] 图12为19890606号洪水终止时间判断方法示意图；

[0038] 图13为19890925号洪水终止时间判断方法示意图；

[0039] 图14为19890804号洪水终止时间判断方法示意图。

具体实施方式

[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0041] 如图1所示，本发明实施例提供了一种场次洪水降雨径流过程界定方法，包括如下步骤：

[0042] S1，收集研究流域范围内雨量站的降水摘录表以及流域出口断面的洪水要素摘录表，并将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列转化为等时间间隔的水文序列；

[0043] S2，确定场次洪水；

[0044] S3，确定洪水降雨径流过程的起始时间，具体为：识别每场洪水流量起涨点之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别该连续降雨过程的时间起点，得到场次洪水降雨径流过程的起始时间；

[0045] S4，确定单峰洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：识别本场洪水的波谷之前各雨量站的连续降雨过程，进一步识别所有雨量站连续降雨过程的时间起点与退水流量达到起涨流量的时间点中的最早的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

[0046] S5，确定复式洪水降雨径流过程的终止时间，具体为：复式洪水退至阈值点之前且流量没有起涨的情况下，识别退水流量等于起涨流量的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；复式洪水退至阈值点之间且下一场次的洪水开始起涨的情况下，识别阈值点之前连续降雨过程的起始点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间；

[0047] S6，根据S3-S5识别的起始点和终止点，对场次洪水模拟降雨径流过程进行界定，具体为：识别各雨量站的洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间之间的降雨过程，得到场次洪水降雨过程；识别流域出口断面洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间内的流量过程，得到场次洪水流量过程。

[0048] 其中，S1中，通过插值的方法将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列转化为等时间间隔的水文序列。

[0049] 所述时间间隔根据地区的干旱程度进行设置，对于干旱半干旱地区，降雨径流历时短，时间间隔设为数分钟；对于湿润半湿润地区，降雨径流过程历时长，时间间隔设为数小时。

[0050] 干旱半干旱地区的特点是降雨历时短，可能一次降雨只持续半小时或几个小时，这种情况下时间间隔就设为数分钟。湿润半湿润地区的降雨过程可能持续几天，时间间隔设为数小时。

[0051] S2包括如下步骤：

[0052] S201，识别流域出口断面流量过程线的波峰和波谷；

[0053] S202，根据识别的波峰波谷，确定场次洪水的类型，包括单峰洪水和复式洪水；

[0054] S203，对于单峰洪水和复式洪水分别单独确定洪水的场次以及各场洪水的大致时间。

[0055] 上述S201-S203中，从上一步骤到下一步骤，可以根据现有技术实现。

[0056] S201中，按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波峰：

[0057] qt-1＜qt且qt+1＜qt；

[0058] 按照如下公式判断t时刻的流量qt是否为波谷：

[0059] qt-1＞qt且qt+1＞qt；

[0060] 其中，qt-1、qt、qt+1分别为同一个流量过程中第t-1、t、t+1时刻的流量值。

[0061] S4中，所述进一步识别所有雨量站连续降雨过程的时间起点与退水流量达到起涨流量的时间点中的最早的时间点，，解释如下：每个雨量站的降雨过程都有一个时间起点，假设有7个雨量站就有7个时间起点，N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7，流域出口断面的流量过程起涨点的时间假设是N0，那么终止时间即为：N0、N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7中的最早的那个时间点。

[0062] 具体实施例

[0063] 本实施例以湖北澴河流域1989年场次洪水降雨径流过程界定为例，来表现本发明达到的效果。

[0064] 参照图2，澴河流域位于湖北省长江以北，大别山南麓，江汉平原北部的孝感市地区，流域界于东经113°72＇～114°33＇，北纬30°86＇～31°89＇之间。干流全长8km，流域面积2590.88km2。流域地势东北高西南低，溶蚀低山与切割丘陵互为穿插。地貌以丘陵山地为主，东北部为低山区，海拔500～1000米，相对高度在100～300米，西南部低矮缓丘，海拔在
100～500米。流域有7个雨量站记为A站、B站、C站、D站、E站、F站和G站；流域出口断面所在的水文站为A站。实施例以起止时间为1989年3月31日2时至1989年10月27日21时，时间步长为
1小时的A水文站以上流域雨量站A、B、C、D、E、F、G降雨量系列和A水文站的流量系列作为基础，划分场次洪水降雨径流过程。本实施例降雨径流过程界定可以按照如下步骤进行实施：

[0065] 步骤一：收集澴河流域范围内A、B、C、D、E、F、G雨量站的降水摘录表以及流域出口断面A站所在断面的洪水要素摘录表，并通过插值的方法将不等时间间隔的降水量序列以及流量序列转化为时段长度为1小时的水文序列，见图3所示，从图3可以看出1989年澴河流域全年各场次洪水的降雨过程及相应的径流过程。

[0066] 步骤二：识别A断面流量过程的波峰波谷，进一步判断场次洪水的类型，即是单峰洪水还是复式洪水；判断洪水的场次以及各场洪水的大致时间。大致分割的场次洪水，可见图4所示，从图4可以看出，1989年主要有5场场次洪水过程。第一场为单峰洪水，发生在5月；第二场为单峰洪水，发生在六月上旬；第三场为复式洪水，发生在六月中旬；第四场为复式洪水，发生在8月；第五场为单峰洪水，发生在9月下旬。

[0067] 步骤三：识别每场洪水流量起涨点之前各雨量站的连续降雨过程(连续的过程的确定以日为时间尺度)，将该综合连续降雨过程的时间起点作为场次洪水降雨径流过程的起始时间。五场洪水的起始时间分别为198905070700(见图5)、198906030800(见图6)、198906060800(见图7)、198908041900(见图8)、198910252000(见图9)。

[0068] 从图5可以看出，第一场洪水降雨径流过程的起始时间为1989年5月7日7时；从图6可以看出，第二场洪水降雨径流过程的起始时间为1989年6月3日8时；从图7可以看出，第三场洪水降雨径流过程的起始时间为1989年6月6日8时；从图8可以看出，第四场洪水降雨径流过程的起始时间为1989年8月4日19时；从图9可以看出，第五场洪水降雨径流过程的起始时间是1989年10月25日20时。

[0069] 步骤四：对于单峰洪水过程识别本场洪水的波谷之前的各雨量站的连续降雨过程(连续的过程的确定以日为时间尺度)，进一步识别所有雨量站连续降雨过程的时间起点与退水流量达到起涨流量的时间点中的最早的时间点，得到本场洪水降雨径流模拟的终止时间。19890507号洪水的终止时间见图10，19890603号洪水终止时间见图11，19890606号洪水终止时间见图12，19890925号洪水终止时间见图13。从图10可以看出，19890507号的洪水降雨径流模拟的终止时间为1989年5月18日20时；从图11可以看出，19890603号洪水降雨径流模拟的终止时间为1989年6月6日8时；从图12可以看出，19890606号洪水降雨径流模拟的终止时间为1989年6月16日6点45分；从图13可以看出，19890925号洪水降雨径流模拟的终止时间为1989年10月2日1时。

[0070] 步骤五：对于复式洪水过程，当复式洪水退至阈值点之前流量没有起涨的情况，取退水流量等于起涨流量的时间点(称该点为退水流量的阈值点)作为本场洪水降雨径流模拟的终止时间；对于复式洪水退至阈值点之间下一场次的洪水开始起涨的情况则取阈值点之前综合连续降雨过程(连续的过程的确定以日为时间尺度)的起始点作为本次洪水降雨径流过程的终止点。19890804号洪水终止时间见图14，从图14可以看出，19890814号洪水降雨径流模拟的终止时间为1989年8月21日9时。

[0071] 步骤六：识别各雨量站的洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间之间的降雨过程，并将其作为场次洪水模拟时降雨过程；识别流域出口断面洪水降雨径流模拟的起始时间和终止时间内的流量过程，并将其作为场次洪水模拟时流量过程。

[0072] 通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的场次洪水降雨径流过程界定方法，在确定洪水降雨径流过程的起始时间和终止时间时，并通过起始时间和终止时间界定降雨径流过程时综合考虑了降雨过程和流域出口断面的流量起涨过程，所以，采用本发明所述方法，在汛期降雨历时较长、降雨间隔时间较短、洪水过程呈现多峰及复式洪水等复杂起涨情况下，可以通过较简单的操作仍然能够较为清晰准确的划分场次洪水降雨径流过程，弥补了现有技术的缺陷。

[0073] 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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。