[发明专利]一种基于分季节电导率数据修正的基流分割方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于分季节电导率数据修正的基流分割方法及装置，所述方法包括：收集数据，包括日径流量和电导率数据；利用CMB法进行基流分割，得到日基流量，并将分割结果作为后续ECK法参数修正的标准；根据CMB法分割结果对ECK法参数按逐年、分季节进行修正，以CMB法得到的日基流量数据作为标准，寻找使得基流计算误差最小的ECK法参数组合，得到丰水期、枯水期最优参数组合；利用修正后的ECK法最优参数组合进行基流分割计算。本发明充分利用CMB法和ECK法两者的优点，不仅能够提高基流分割结果的准确性和可靠性，而且能够减少数据样本需求，达到兼顾高分辨率、低数据的目的。

技术领域

本发明涉及河川基流分割技术领域，特别涉及一种基于分季节电导率数据修正的基流分割方法及装置。

背景技术

河川基流分割是对河川径流进行地表径流与基流的比例划分。基流分割方法的改进与研究在近年来逐渐成为较为热门的课题。不断提高基流分割方法的便捷性与准确性，掌握河流与流域的特征值以及各水文要素间的关系对产汇流计算、水文模拟等工作有着重要意义，同时也对水资源评价与利用、工农业供水规划、水安全保障、生态环境保护等方面有着重大意义。

目前主要的基流分割方法大体上分为两类，一类是以示踪剂法为前提的基流分割方法；另一类是不以示踪剂法为前提的分割方法。非示踪剂法主要包括图解法、数字滤波法(ECK法)、BRM法、PART法等。其优点在于操作相对便捷，精度在可接受的范围以内；不足之处在于分割方法的理论基础的可靠程度以及分割结果的精度有待进一步提高。以示踪剂法为前提的基流分割方法包括同位素示踪法、电导率质量平衡法(CMB法)等，此类方法的分割精度高，分割结果可靠准确，参数物理意义明确；但操作难度较大、成本较高，对检测工作的开展有着很高的要求。

本发明中涉及数字滤波法和电导率质量平衡法，下面对两种方法的原理展开介绍。数字滤波法源于信号分析，将信号分为高频信号与低频信号，认为水文分析中的直接径流与高频信号类似，基流与低频信号类似。通过数字滤波法将水流中的高频信号与低频信号分离，进而将径流划分为直接径流和地下径流(即基流)。应用较为广泛的数字滤波法有Lyne、Hollick、Chapman-Maxwell和Eckhardt滤波法。其中Eckhardt数字滤波法(ECK法)计算的基流过程线最能反映具体的汇流过程。假设含水层的出流量和储存量之间满足线性关系，具体的基流计算可通过下式进行：

式中，R_BF·MAX为最大地下径流指数，α为滤波参数，q_i和q_i-1分别代表第i、i-1时刻的地下径流量(m³/s)，Q_i是第i时刻的总径流量(m³/s)。若想要通过上式进行计算，需要确定参数α、R_BF·MAX。Eckhardt的研究表明，α本质上表达了基流的衰退过程，对计算结果影响相对较小，一般可以取0.95～0.98；最大地下径流指数R_BF·MAX在不同的水文地质条件下可以取不同的经验值：松散孔隙含水层的常年河流取0.80；松散孔隙含水层季节性河流取0.50；弱透水层季节性河流取0.25。可通过上述经验值确定公式中的参数，利用ECK法计算基流量。

ECK法源自类比推测，参数物理意义不明确，计算公式中参数R_BF·MAX取值仅考虑了下垫面和水文条件，简单地从0.25、0.50、0.80中取值，忽略了参数的年内动态变化，难免使结果产生较大的误差，计算精度较低。

电导率质量平衡法(CMB法)依据示踪剂质量守恒原理，将降雨产生的过程流量线分割成不同的水源，基于实际物理过程。CMB法假设河流的主要水分来源(地面径流和基流)分别具有特征性的电导率值，利用研究河流断面或测站的电导率高频(一般为日尺度)监测数据，根据下式计算各时段的基流量q_BF：