[发明专利]一种基于多水文变量的水文模型参数率定方法

说明书

本申请涉及一种基于多水文变量的水文模型参数率定方法，包括以下步骤：S1、获取流域范围内长时间序列水文气象数据、遥感反演土壤湿度和蒸发量数据，以1年为最小单元，将有资料时期按年降水量、年径流量、流域下垫面这些条件划分为多个不同的子时期；S2、针对各子时期，基于遥感反演蒸发量数据和土壤湿度指数SWI数据，以联合率定、分步率定两种方式对水文模型参数进行率定；S3、以Kling‑Gupta效率系数为评价指标，分析评价模型参数在各率定子时期与移用至其他子时期的流量过程模拟效果。本发明能有效降低模型参数的不确定性，提高模型参数的在不同时期间的移用性，有利于提升流域水文模型在生产实践中的可靠性。

技术领域

本申请涉及一种水文模型参数率定方法，具体涉及一种基于多水文变量的水文模型参数率定方法，属于流域水文模型技术领域。

背景技术

流域水文模型是流域内降雨-径流关系的数学定量表达，是水文预报、水资源利用与管理等领域的重要研究手段。水文模型参数率定对于模型预报结果的可靠性至关重要。

近半个世纪以来，受气候变化和人类活动的影响，全球范围内很多流域的产汇流机制和降雨-径流关系发生了显著变化。为了能更加有效地模拟变化环境下的降雨-径流关系，水文模型需要具有更高的可靠性，即较低的参数不确定性和良好的参数随时间可转移性。

然而，传统的水文模型参数率定方法仅基于流域内历史时期的降雨径流资料进行，导致参数的不确定性较高，在不同时期间的移用效果较差。一方面，仅基于流量过程的参数率定方法未考虑其它的水文中间变量，率定所得到的参数组合可能不符合流域实际的产汇流特性；另一方面，在变化环境的背景下，由不同历史时期率定而来的参数值存在显著差异，其对应的流量模拟效果也大相径庭。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于多水文变量的水文模型参数率定方法，以提升模型参数在不同时期间的移用性。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请实施例提供一种基于多水文变量的水文模型参数率定方法，包括以下步骤：

S1、获取流域范围内长时间序列水文气象数据、遥感反演土壤湿度和蒸发量数据，水文气象数据包括降水量、气温和流量，遥感反演土壤湿度数据包含了地表以下0～5cm范围内土壤含水量信息，在地表以下0～5cm范围内土壤含水量信息的基础上计算土壤湿度指数SWI以反映整个土壤剖面的含水量情况，以1年为最小单元，将有资料时期按年降水量、年径流量、流域下垫面这些条件划分为多个不同的子时期；

S2、针对各子时期，基于遥感反演蒸发量数据和土壤湿度指数SWI数据，以联合率定、分步率定两种方式对水文模型参数进行率定；

S3、以Kling-Gupta效率系数为评价指标，分析评价模型参数在各率定子时期与移用至其他子时期的流量过程模拟效果。

所述步骤S1中土壤湿度指数SWI的计算方式为：

定义时刻i栅格处的土壤湿度指数为，其计算公式为：

式中，为时刻i位置处遥感反演得到的表层土壤湿度；为取值0~1之间的递归项，计算式为：

(2)

式中，是以天（d）为单位的土壤和气候特征常数，取。

所述步骤S2中基于多水文变量的水文模型参数率定，包括联合率定和分步率定，

联合率定方案具体为：

采用参数优化算法对水文模型进行参数率定时，目标函数中不仅包括径流量，还包括遥感反演蒸发和土壤湿度指数，联合率定方案的目标函数的计算式为：