[发明专利]一种基于不完全贝塔函数的水文预测方法

说明书

本发明公开了一种基于不完全贝塔函数的水文预测方法，包括步骤1，分析和概化水文要素的统计特征和规律；2，判断水文要素统计特征与不完全贝塔函数的适配性；3，确定不完全贝塔曲线的适配线型和参数范围，以及与水文要素统计特征曲线相关的计算表达式；4，利用历史实测资料进行水文模型率定或结合地理数据资料进行计算拟合，得到曲线参数及函数表达式；5、根据曲线参数及函数表达式进行水文预测。本发明考虑水文要素在复杂条件下多状态并存的统计特征，采用线型灵活多变的不完全贝塔函数曲线来提取水文要素统计特征，通过参数范围分类实现水文要素统计特征曲线线型的分类匹配，更能满足水文模拟和预报的实际要求，具有广泛的适用性。

技术领域

本发明涉及一种水文预测方法，尤其涉及一种基于不完全贝塔函数的水文预测方法。

背景技术

水文要素是构成某一地点或区域在某一时间的水文情势的主要因素，在广泛意义上包括各种水文变量和水文现象，不限于降水、蒸发、径流、水位、流量、水温、水质、张力水蓄水容量、自由水蓄水容量等。分析水文要素在时间、空间上的统计特征是水文模拟和预报的重要过程之一。

以流域土壤蓄水容量为例，土壤蓄水状况在自然流域的时空分布差异很大，对土壤蓄水能力的合理描述是准确模拟降雨径流的重要内容。新安江模型中的蓄水容量曲线方法能有效地反映流域土壤蓄水能力的空间分布不均匀性，该方法在国内外得到了广泛的应用。原新安江模型采用指数型单抛物线函数来描述蓄水容量曲线，其函数曲线类型较单一，很难满足随地形、季节等变化而变化的土壤水分运动模式。不同模式间无明确的分界线，存在过渡区域，故使用单指数函数有时不足以描述这种复杂的土壤蓄水容量分布。为此，亟需一种新的函数表达方式来更多样化地描述土壤蓄水容量的空间分布，以提高产流计算的准确度。

目前，水文要素预测中，对水文要素统计特征的描述方法多以曲线描述、函数表达进行。例如，通过双抛物线方法对流域张力水蓄水容量进行水文预测。具体预测过程见《周买春，A.W.Jayawardena.利用双抛物线型土壤蓄水容量曲线对新安江产流模型的改进.水利学报(12)，38-43.》。主要存在以下不足：(1)所采用的曲线线型单一，对水文要素统计特征的描述不够全面。(2)概化的函数表达式复杂、分段，使模型率定过程更为困难。以流域土壤蓄水容量曲线为例，多数研究采用单抛物线曲线类型的蓄水容量曲线进行产流计算，少数采用了分段式表达的双抛物线型蓄水容量曲线。其描述土壤蓄水容量空间分布状况的灵活性和多样性有待进一步提高，为了准确地计算产流量并提高水文预报精度，选择合适的曲线函数表达式是至关重要的。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于不完全贝塔函数的水文预测方法，能够解决现有预测方法单一类型曲线不足以解决复杂水文要素状况的技术问题。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于不完全贝塔函数的水文预测方法，包括以下步骤：

步骤1、分析和概化水文要素的统计特征和规律；其中所述的水文要素是广义的水文要素，是构成某一地点或区域在某一时段的水文状况的主要因素，包括各种水文变量和水文现象。

步骤2、判断水文要素统计特征与不完全贝塔函数的适配性；所述的判断水文要素统计特征与不完全贝塔函数的适配性，是将该水文要素作为变量，该水文要素的统计特征值作为函数，判断水文要素统计特征是否满足不完全贝塔函数表达式，所述不完全贝塔函数表达式为：

其中，x用于代表某一水文要素变量，f_α，β(x)用于表示该水文要素的统计特征值，α和β是曲线的两个参数，t表示时间。

步骤3、确定不完全贝塔曲线的适配线型和参数范围，以及与水文要素统计特征曲线相关的计算表达式；所述的不完全贝塔函数的参数范围分为以下四类：

第一类，α，β∈(0，1)；

当α＜β，下半支为主的反S型曲线，α越大，趋势线斜率越大；