[发明专利]一种基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法

说明书

技术领域

本发明属于水文预报技术领域，更具体地，涉及一种基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法。

背景技术

水文学中现有的河道洪水演算以圣维南方程组为基础，采用概化分析的方法，将连续方程概化为水量平衡方程，将动力方程概化为槽蓄曲线方程；根据槽蓄曲线的表达形式不同，主要有马斯京根法、特征河长法和滞后流量演算法。

实际工作中，实际的待演算河段很难满足这些方法简化的槽蓄曲线方程；现有技术采取分段连续演算的方法，如马斯京根汇流曲线、加里宁单位线和Nash瞬时单位线；该类方法实质是分析单位入流形成的出流过程，没有考虑河槽初始蓄水量的变化情况；而以Nash瞬时单位线理论为基础的广义Nash汇流模型，将河槽初始蓄水量的退水过程包含进来，一定程度上提高了预报精度；但广义Nash汇流公式形式上比较复杂，且包含了积分项，限制了其在工程上的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法，其目的在于通过引入滞蓄曲线来简化广义Nash汇流模型，并建立离散的广义Nash汇流模型，以简化计算，提高预报精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法，包括如下步骤：

(1)根据待预报河段的入流量和出流量历史同步观测数据选取历史场次洪水；

(2)建立待预报河段的离散广义Nash汇流模型；并基于历史场次洪水信息采用SCE-UA算法对所述离散广义Nash汇流模型的参数n、K进行优化率定；

其中，n是指Nash线性水库的个数，K为反映Nash线性水库调蓄能力的参数；

(3)根据当前时刻之前(n-1)△t时段内的出流量与[t,t+△t]时段内的入流量，利用所述离散广义Nash汇流模型预报(t+△t)时刻的出流量；其中，△t是指计算时段长。

优选地，上述基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法，其步骤(2)中建立待预报河段的离散广义Nash汇流模型的方法包括如下子步骤：

(2.1)建立初始条件不为零时的广义Nash汇流模型：

其中：I(t)、O(t)分别为河段的入流和出流过程，O^(j)(0)为O(t)在初始时刻的j阶导数，u(·)为Nash瞬时单位线，n是指Nash线性水库的个数，K为反映Nash线性水库调蓄能力的参数；

(2.2)采用滞蓄曲线R_n(t)对上述广义Nash汇流模型进行简化；

定义滞蓄曲线

其中，为Nash线性水库个数为n的S-曲线；

将广义Nash汇流模型进行如下简化：

则R_n(t)表示Nash线性水库个数为n时，持续1个单位的入流在河槽中的滞蓄流量，由此，将单位入流一分为二，其中一部分形成出口断面流量S_n(t)，另一部分留在河槽中形成滞蓄流量R_n(t)；R_n-j(t)是指t时刻Nash线性水库个数为(n-j)时的滞蓄流量；

(2.3)对上述简化的广义Nash汇流模型进行离散化处理，建立离散广义Nash汇流模型；

离散广义Nash汇流模型为：

其中，I(t)是指河段在t时刻的入流量，O(t)是指河段在t时刻的出流量，O(t+△t)是指河段在(t+△t)时刻的出流量，O(t-i△t)是指河段在(t-i△t)时刻的出流量，△I(t+△t)是指[t,t+△t]时段内的入流增量，△I(t+△t)＝I(t+△t)-I(t)；R_n-j(△t)是指△t时刻线性水库个数为(n-j)时的滞蓄曲线；R_n(△t)是指△t时刻线性水库个数为n时的滞蓄曲线，R_i(△t)是指△t时刻，线性水库个数为i时的滞蓄曲线；j为自然数；滞蓄曲线表示持续1个单位的入流在河槽中的滞蓄流量。

优选地，上述基于离散广义Nash汇流模型的河道洪水预报方法，其步骤(2.3)包括如下子步骤：

(2.3.1)根据广义Nash汇流模型的物理含义，以及简化的Nash汇流模型，建立(t+△t)时刻出流量的预报模型，

即(t+△t)时刻的流量由当前河槽蓄水量的退水与[t,t+△t]时段内上游入流产生的出流组成；