本發(fā)明涉及一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)方法和系統(tǒng)，屬于山區(qū)小流域洪水預(yù)報(bào)。

背景技術(shù)：

1、洪水是世界上最頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害之一，特別是在山區(qū)中，因山高坡陡、溪河密集，短時(shí)強(qiáng)降雨后，數(shù)十分鐘至幾小時(shí)就會(huì)形成具有沖擊力的地表徑流，并且由于徑流的流速較大，導(dǎo)致其破壞性很強(qiáng)，造成的危害往往更加嚴(yán)重。因此準(zhǔn)確的山洪預(yù)報(bào)，至關(guān)重要。

2、同時(shí)，山區(qū)村民為了滿足灌溉和飲水需求，會(huì)修建山塘。這些山塘一般位于流域上游，其蓄水量為1萬(wàn)~10萬(wàn)立方米，水深為3~8米，主要用于農(nóng)業(yè)灌溉、防洪調(diào)蓄。山塘的集雨面積一般為0.5~5平方公里。

3、對(duì)于地勢(shì)平坦的大流域，其流域面積達(dá)到上千平方公里，山塘集雨面積占流域面積的比例很小，因此山塘對(duì)大流域的徑流影響很小。

4、但對(duì)于山區(qū)小流域，其面積一般為10~50平方公里，?此時(shí)山塘集雨面積占流域面積的比例較大，因而會(huì)顯著改變山塘流域內(nèi)的徑流過(guò)程，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)山塘大約能削減20%-40%的洪峰流量，如果有多個(gè)山塘，還會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)。因此對(duì)于山洪災(zāi)害預(yù)測(cè)方案，如果不考慮山塘的調(diào)節(jié)作用，會(huì)導(dǎo)致山洪預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，無(wú)法對(duì)山洪進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，進(jìn)而影響應(yīng)急響應(yīng)速度和效率。

5、本背景技術(shù)中公開的信息僅用于理解本發(fā)明構(gòu)思的背景，因此它可以包括不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題或上述問(wèn)題之一，本發(fā)明的目的一在于提供一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)方法和系統(tǒng)，對(duì)山塘基礎(chǔ)信息進(jìn)行處理，得到山塘初始水位數(shù)據(jù)；并將降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)以及初始水位數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，得到山塘出庫(kù)流量；進(jìn)而將山塘出庫(kù)流量演進(jìn)到下游預(yù)報(bào)斷面，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程，因此本發(fā)明能夠充分考慮山塘對(duì)于山洪的影響，從而可以有效提高山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)的精度，提高防汛決策支持水平。

2、針對(duì)上述問(wèn)題或上述問(wèn)題之一，本發(fā)明的目的二在于提供一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)方法和系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的山洪預(yù)報(bào)，使得相關(guān)部門可以提前發(fā)布預(yù)警信息，提醒民眾及時(shí)轉(zhuǎn)移；并且可以為應(yīng)急預(yù)案的制定和演練提供數(shù)據(jù)支持，提高應(yīng)急響應(yīng)速度和效率。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明的第一種技術(shù)方案為：

4、一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟：

5、步驟一，獲取待預(yù)測(cè)地區(qū)的山塘基礎(chǔ)信息；

6、步驟二，對(duì)山塘基礎(chǔ)信息進(jìn)行處理，得到山塘初始水位數(shù)據(jù)；

7、步驟三，將降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)以及山塘初始水位數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，得到山塘出庫(kù)流量；

8、步驟四，將山塘出庫(kù)流量演進(jìn)到下游預(yù)報(bào)斷面，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程，實(shí)現(xiàn)基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)。

9、本發(fā)明經(jīng)過(guò)不斷探索以及試驗(yàn)，對(duì)山塘基礎(chǔ)信息進(jìn)行處理，得到山塘初始水位數(shù)據(jù)；并將降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)以及初始水位數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，得到山塘出庫(kù)流量；進(jìn)而將山塘出庫(kù)流量演進(jìn)到下游預(yù)報(bào)斷面，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程，因此本發(fā)明能夠充分考慮山塘對(duì)于山洪的影響，從而可以有效提高山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)的精度，提高防汛決策支持水平。

10、進(jìn)一步，應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的山洪預(yù)報(bào)，使得相關(guān)部門可以提前發(fā)布預(yù)警信息，提醒民眾及時(shí)轉(zhuǎn)移，最大限度地減少人員傷亡。根據(jù)預(yù)報(bào)的洪水量級(jí)和到達(dá)時(shí)間，相關(guān)部門可以因時(shí)制宜采取合理措施，減少基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)田、房屋等財(cái)產(chǎn)損失。

11、進(jìn)而本發(fā)明也可以為應(yīng)急預(yù)案的制定和演練提供數(shù)據(jù)支持，提高應(yīng)急響應(yīng)速度和效率，因此具有重要的意義。

12、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

13、步驟一，獲取待預(yù)測(cè)地區(qū)的山塘基礎(chǔ)信息的方法如下：

14、所述山塘的泄洪方式為自由敞泄方式；

15、基于自由敞泄方式，獲取山塘規(guī)模、水位山塘庫(kù)容曲線和山塘泄洪建筑物；

16、基于山塘所在位置，確定流域基礎(chǔ)信息，其包括流域面積、水文特征和地質(zhì)條件；

17、將山塘規(guī)模、水位山塘庫(kù)容曲線和山塘泄洪建筑物以及流域基礎(chǔ)信息進(jìn)行匯總，得到待預(yù)測(cè)地區(qū)的山塘基礎(chǔ)信息。

18、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

19、基于山塘所在位置，確定流域基礎(chǔ)信息的方法如下：

20、根據(jù)山塘所在位置，獲取山塘所在流域的數(shù)字高程數(shù)據(jù)；

21、對(duì)數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行填洼處理，得到流域柵格信息；

22、基于流域柵格信息，提取水域流向和河道信息；

23、根據(jù)水域流向和河道信息，對(duì)山塘、河道和村莊的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行分析，得到山塘庫(kù)區(qū)流域和區(qū)間流域；

24、從山塘庫(kù)區(qū)流域和區(qū)間流域中，提取流域面積、水文特征和地質(zhì)條件，以此得到流域基礎(chǔ)信息；水文特征包括河道長(zhǎng)度和河道坡降信息。

25、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

26、步驟二，對(duì)山塘基礎(chǔ)信息進(jìn)行處理，得到山塘初始水位數(shù)據(jù)的方法如下：

27、獲取山塘基礎(chǔ)信息；

28、基于山塘基礎(chǔ)信息，分析山塘的規(guī)模、設(shè)計(jì)參數(shù)以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定山塘在不同工況下的山塘的起始出庫(kù)流量以及山塘初始水位數(shù)據(jù)；

29、結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和山塘調(diào)度規(guī)則，動(dòng)態(tài)調(diào)整山塘初始水位數(shù)據(jù)的估計(jì)值。

30、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

31、步驟三，將降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)以及山塘初始水位數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，得到山塘出庫(kù)流量的方法如下：

32、根據(jù)實(shí)測(cè)降雨信息或預(yù)報(bào)降雨信息，得到降雨數(shù)據(jù)；

33、基于降雨數(shù)據(jù)以及蒸發(fā)數(shù)據(jù)，計(jì)算山塘入庫(kù)洪水過(guò)程；

34、根據(jù)山塘初始水位數(shù)據(jù)和山塘泄洪建筑物的尺寸，計(jì)算山塘下泄能力，得到下泄能力關(guān)系曲線，用于表征山塘不同庫(kù)容量對(duì)應(yīng)的下泄能力；

35、根據(jù)下泄能力關(guān)系曲線以及時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)洪演算，得到調(diào)洪輔助線；

36、使用多項(xiàng)式插值函數(shù)對(duì)調(diào)洪輔助線進(jìn)行擬合，得到山塘擬合函數(shù)；

37、以時(shí)段初的山塘出庫(kù)流量作為時(shí)段初流量，并將其代入到山塘擬合函數(shù)中，迭代計(jì)算每個(gè)時(shí)段的時(shí)段末流量，最終得到山塘出庫(kù)流量以及完整的山塘出庫(kù)流量過(guò)程。

38、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

39、根據(jù)山塘初始水位數(shù)據(jù)和山塘泄洪建筑物的尺寸，計(jì)算山塘下泄能力，得到下泄能力關(guān)系曲線的方法如下：

40、基于山塘初始水位數(shù)據(jù)和山塘泄洪建筑物的尺寸，生成山塘的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并對(duì)山塘的數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行水平切片，得到若干水位切片；

41、根據(jù)若干水位切片，計(jì)算相鄰水位間的梯形體積；

42、對(duì)梯形體積進(jìn)行累加得到不同水位對(duì)應(yīng)的庫(kù)容，結(jié)合不同水位對(duì)應(yīng)的山塘下泄能力，獲取不同山塘庫(kù)容量對(duì)應(yīng)的下泄能力，以此得到下泄能力關(guān)系曲線。

43、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

44、根據(jù)下泄能力關(guān)系曲線以及時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)洪演算，得到調(diào)洪輔助線的方法如下：

45、確定時(shí)間步長(zhǎng)，并根據(jù)下泄能力關(guān)系曲線，構(gòu)建自變量和因變量；

46、自變量為下泄能力，因變量為山塘庫(kù)容量、下泄能力和時(shí)間步長(zhǎng)的三者耦合量；

47、根據(jù)自變量和因變量，建立一組離散數(shù)據(jù)點(diǎn)；

48、將離散數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行連接，得到調(diào)洪輔助線；

49、或/和，使用多項(xiàng)式插值函數(shù)對(duì)調(diào)洪輔助線進(jìn)行擬合，得到擬合函數(shù)的方法如下：

50、使用多項(xiàng)式插值函數(shù)對(duì)調(diào)洪輔助線進(jìn)行擬合，得到線性方程組：

51、將線性方程組寫成矩陣形式，得到山塘擬合矩陣，其包括設(shè)計(jì)矩陣、系數(shù)向量和觀測(cè)值向量；

52、使用最小二乘法對(duì)系數(shù)向量進(jìn)行求解，得到系數(shù)表達(dá)式；

53、基于系數(shù)表達(dá)式，從低次開始逐步增加多項(xiàng)式次數(shù)?，并使用殘差平方和，來(lái)評(píng)估山塘擬合矩陣的擬合效果，以此確定多項(xiàng)式最優(yōu)次數(shù)；

54、根據(jù)多項(xiàng)式最優(yōu)次數(shù)，確定最終的山塘擬合函數(shù)。

55、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

56、以時(shí)段初的山塘出庫(kù)流量作為時(shí)段初流量，并將其代入到山塘擬合函數(shù)中，迭代計(jì)算每個(gè)時(shí)段的時(shí)段末流量，最終得到山塘出庫(kù)流量以及完整的山塘出庫(kù)流量過(guò)程的方法如下：

57、步驟1，從山塘入庫(kù)洪水過(guò)程，獲取時(shí)段初的山塘入庫(kù)流量和時(shí)段末的山塘入庫(kù)流量；

58、步驟2，獲取時(shí)段初的山塘出庫(kù)流量，作為時(shí)段初流量，并將時(shí)段初流量代入到山塘擬合函數(shù)中，得到中間變量；

59、步驟3，將中間變量以及時(shí)段初的山塘入庫(kù)流量和時(shí)段末的山塘入庫(kù)流量代入水量平衡方程，得到新的中間變量；

60、步驟4，將新的中間變量代入山塘擬合函數(shù)，得到時(shí)段末的山塘出庫(kù)流量；

61、步驟5，將上述步驟計(jì)算得到的時(shí)段末的山塘出庫(kù)流量作為下一時(shí)段的時(shí)段初的山塘出庫(kù)流量，重復(fù)步驟2至步驟4進(jìn)行迭代計(jì)算，完成整個(gè)計(jì)算周期的山塘調(diào)洪演算，得到山塘出庫(kù)流量以及整個(gè)山塘出庫(kù)流量過(guò)程。

62、作為優(yōu)選技術(shù)措施：

63、步驟四，將山塘出庫(kù)流量演進(jìn)到下游預(yù)報(bào)斷面，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程的方法如下：

64、根據(jù)實(shí)測(cè)降雨信息或預(yù)報(bào)降雨信息，得到降雨數(shù)據(jù)；

65、基于降雨數(shù)據(jù)、山塘出庫(kù)流量以及蒸發(fā)數(shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)間流域洪水過(guò)程；

66、根據(jù)區(qū)間流域洪水過(guò)程，確定下游預(yù)報(bào)斷面的區(qū)間洪水流量；

67、使用水動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算河道平均流速；

68、將河道長(zhǎng)度除以河道平均流速，得到山塘出庫(kù)流量的演進(jìn)時(shí)間；

69、將山塘出庫(kù)流量的演進(jìn)時(shí)間與區(qū)間洪水流量疊加，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程。

70、為實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明的第二種技術(shù)方案為：

71、一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其包括：

72、一個(gè)或多個(gè)處理器；

73、存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序；

74、當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)上述的一種基于山塘調(diào)洪耦合的山洪預(yù)報(bào)方法。

75、與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

76、本發(fā)明經(jīng)過(guò)不斷探索以及試驗(yàn)，對(duì)山塘基礎(chǔ)信息進(jìn)行處理，得到山塘初始水位數(shù)據(jù)；并將降雨數(shù)據(jù)、蒸發(fā)數(shù)據(jù)以及初始水位數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，得到山塘出庫(kù)流量；進(jìn)而將山塘出庫(kù)流量演進(jìn)到下游預(yù)報(bào)斷面，得到下游區(qū)域的預(yù)報(bào)洪水過(guò)程，因此本發(fā)明能夠充分考慮山塘對(duì)于山洪的影響，從而可以有效提高山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)的精度，提高防汛決策支持水平。

77、進(jìn)一步，應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的山洪預(yù)報(bào)，使得相關(guān)部門可以提前發(fā)布預(yù)警信息，提醒民眾及時(shí)轉(zhuǎn)移，最大限度地減少人員傷亡。根據(jù)預(yù)報(bào)的洪水量級(jí)和到達(dá)時(shí)間，相關(guān)部門可以因時(shí)制宜采取合理措施，減少基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)田、房屋等財(cái)產(chǎn)損失。

78、進(jìn)而本發(fā)明也可以為應(yīng)急預(yù)案的制定和演練提供數(shù)據(jù)支持，提高應(yīng)急響應(yīng)速度和效率，因此具有重要的意義。