[发明专利]基于流式大数据处理方式的降雨径流预测计算方法

摘要

本发明公开了一种基于流式大数据处理方式的降雨径流预测计算方法，通过把大、中尺度流域在逻辑上划分为不同的子流域，利用大数据流式处理方式，结合每个子流域实时监测的断面流量，通过对每个子流域的并行计算，解决SCS模型及其改进模型在大、中尺度流域的实时洪水预报中的性能问题。

主权项

1.一种基于流式大数据处理方式的降雨径流预测计算方法，其特征在于：首先设计基于实时水量的子流域及时预测算法和基于SCS模型洪水预测算法，然后使用流式大数据处理方式对这两个算法进行处理；在实时洪水预报中，选择任何一个子流域的监测流量，能够预测出下游第N个子流域的断面流量，第N个子流域的断面流量为上一个断面流量与当前子段的SCS模型值的和减去子流域段1的其他流出量；基于实时水量的子流域及时预测算法具体为：通过传感器监测子流域流入断面，实时获取每个子流域的流入量，通过SCS模型计算子流域径流，求出子流域的及时产流；其中：Q'_n是第n段流域的流出断面流量，Q"_n是第n段流域中传感器的监测量，Q_n是第n段子流域利用SCS模型计算的径流值，是第n段流域其它流出量；基于SCS模型洪水预测算法由两个算法构成，分别是基于上游子流域产流的及时预测与基于上游子流域的迭代预测；基于上游子流域产流的及时预测上一子流域到本流域的流出量加本段流域通过SCS模型计算出的模拟量，见公式2；其中：Q_rn'是第n段子流域的流出断面流量，Q_r(n‑1)'是第n‑1段子流域的流出断面流量，Q_n是第n段子流域利用SCS模型计算的径流值，是第n段子流域其它流出量；基于上游子流域的迭代预测设定任意一个流域段为基点，预测后面第n个子流域的水量趋势；这个基点作为第一个流域段，监测第一个流域流出断面的流量，通过公式2，选定的第一个子流域断面的实时流量通过传感器获取并计算出来，计算出的第一个流域段的出水量Q₁¹，则第二个流域段的入水量：依次类推，求出流域段3、4…n的水量，Q₂为第2段子流域利用SCS模型计算的径流值；通过SCS模型计算每个子流域段的径流，SCS径流计算如下：水平衡方程是对水循环现象定量研究的基础，用于描述各水文要素间的定量关系，见公式4；P＝I_a+F+Q                        (4)其中：P：总降雨量(mm)；I_a：初损值(mm)；F：累积下渗量(mm)；Q：直接径流量(mm)；通过比例相等假设，可以得到公式5：其中：S：初损值，也就是可能最大滞留量(mm)；初损值可以通过公式6计算；I_a＝λS                            (6)其中：λ：区域参数，λ可表达为λ＝at_p，其中a为Horton常数，t_p是降水时刻到地表径流形成的时段，λ的取值范围为0.1≤λ≤0.3。