[发明专利]考虑洪水预报模型绝对误差拟合残差分布的洪水概率预报模型

权利要求书

1.一种考虑洪水预报模型绝对误差拟合残差分布的洪水概率预报模型，包括如下步骤：

步骤1：研究区概况调查与洪水预报模型的选择：调查研究区水文、气象、下垫面条件以及水利工程措施，包括研究区的气候类型、所在水文分区、区域植被覆盖、土壤类型、城市化水平及已有水利工程如水库、闸坝；在此基础上，选择合适的洪水预报模型，作为物理模型对区域的洪水事件进行模拟；

步骤2：洪水预报模型参数的率定：根据选定的洪水预报模型和研究区域调查的实际情况，对洪水预报模型的参数进行率定；其具体步骤如下：

(1)收集基础资料

根据选用的洪水预报模型，收集相应的基础资料；

(2)确定如下精度指标

采用流域内部控制断面及流域出水口的实测流量数据与洪水预报模型模拟数据进行对比，通过确定性系数NSE评价模型模拟数据与实测数据的吻合程度；

式中，Q_sim(i)和Q_obs(i)分别为第i时刻流量的实测值和预报值；为洪水过程中实测流量的均值；N为洪水过程的总时段数；

(3)模型参数率定方法

采用选用群体复合形进化算法，以确定性系数最大为目标，对洪水预报模型进行优化求解，得到最优的参数取值；

步骤3：考虑洪水预报模型绝对误差拟合残差的洪水概率预报模型构建：

(1)根据确定模型模拟结果，计算预报误差；

预报误差用绝对误差ε表示为：

ε＝x_t-Y_t (3)

式中：模型在t时刻时，流量待预报随机变量为Y_t，流量预报模型输出结果随机变量为X_t，流量确定性模型输出结果为x_t；且X_t＝x_t；

(2)确定洪水预报模型误差分布，分布建立洪水预报模型误差均值μ、标准差σ与预报流量的回归关系：

μ＝h₁(x₀) (9)

σ＝h₂(x₀) (10)

式中，x₀为模型预报历史数据集X₀中的一个样本；h₁(·)代表模型模拟的历史值X₀与预报绝对误差ε的均值μ之间的关系；h₂(·)代表模型模拟的历史值X₀与预报绝对误差ε的标准差σ之间的关系；

(3)确定回归残差ε₁和ε₂的分布，获得洪水预报模型误差超参数：

μ＝h₁(x₀)+ε₁ (14)

σ＝h₂(x₀)+ε₂ (15)

根据历史洪水资料以及h₁(·)和h₂(·)的函数形式，分别估算误差变量ε₁和ε₂的概率分布；由于h₁(·)和h₂(·)服从正态分布，即：

由此，所构建的考虑洪水预报模型绝对误差拟合残差的洪水概率预报模型如下式所示；

f(y_t|x_t,X₀,Y₀)＝∫∫f(x_t-y_t|X_t＝x_t,μ＝h₁(x_t),σ＝h₂(x_t))f(μ)f(σ)dμdσ (22)

式中：y_t为流量待预报变量真实值；

将相关参数代入该模型预算，即可获得概率预报结果。