一种水库流域雨情观测网优化布点方法

摘要

本发明公开了一种水库流域雨情观测网优化布点方法，包括以下步骤：(1)搜集待优化布点的雨量观测站观测数据；(2)根据雨量观测站布点位置划分泰森多边形；(3)计算各泰森多边形的面积S；(4)计算两相邻雨量观测站雨量观测数据的差异程度；(5)判断各雨量观测站所在的泰森多边形的面积S是否超过阈值，若未超过，则不增设雨量观测站；若超过，判断该泰森多边形内的雨量观测站与其相邻的各雨量观测站雨量观测数据的差异程度是否超过DT，若均未超过，不增设雨量观测站；若有超过，则需增设雨量观测站。该方法能充分考虑水库流域降雨空间分布的不均匀性，能在最经济的条件下满足流域水雨情信息观测的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及水文分析技术领域，具体涉及一种水库流域雨情观测网优化布点方法。

背景技术

水库流域内部水雨情观测网是水库调度运行所需的重要观测设施。水雨情观测站网不仅 是水库流域水雨情变化规律分析的重要的数据来源，而且可为水库优化调度提供必要的数据 支撑。现有的水库流域水雨情观测站网都是依据《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008) 和《水文站网规划技术导则》(SL34-92)的要求建设，但是，随着当前流域气候条件和下垫 面条件变化，现有的观测站网已经很难满足流域水雨情信息观测的需要，尤其是全流域强降 雨条件下，部分地区的观测站点无法捕获准确的降雨信息，存在漏测的现象。为此，需要在 水库流域增设雨情观测网，以满足雨情观测的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种经济、能捕获准确降雨信息 且满足流域水雨情信息观测需要的水库流域雨情观测网优化布点方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种水库流域雨情观测网优化布点方法，包括以下步骤：

(1)搜集待优化布点的水库流域内现有的雨量观测站经纬度位置及历史降雨观测数据；

(2)采用泰森多边形法，根据所述雨量观测站的布点位置，将所述水库流域划分为若干 个泰森多边形，每个泰森多边形内仅包含一个雨量观测站；每个泰森多边形内的降雨量用该 多边形内部的雨量观测站观测的雨量代替；

(3)计算各雨量观测站所在的泰森多边形的面积S；

(4)计算降雨过程中各两两相邻雨量观测站雨量观测数据的差异程度，计算公式如下：

$D_{xy}=\frac{1}{n}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(x_i-y_i)}^2}$

式中，n为雨量观测站雨量观测的时段数；x_i为雨量观测站x在第i个时段的雨量观测值； y_i为与x相邻的雨量观测站y在第i个时段的雨量观测值；D_xy为雨量观测站x与雨量观测站y 雨量观测数据的差异程度；D_xy越大表示差异程度越大，当两个雨量观测站的雨量观测数据完 全相同时D_xy的值为0；

(5)设所述水库流域内泰森多边形面积的阈值为S_T，判断各雨量观测站所在的泰森多边 形的面积S是否超过阈值，若未超过，则表示该区域不需要增设雨量观测站，转步骤(7)； 若超过，则表示该区域应该增设雨量观测站，转步骤(6)；

(6)针对面积超过S_T的泰森多边形，设所述水库流域内雨量观测站雨量观测数据的差 异程度阈值为D_T，判断该泰森多边形内的雨量观测站与其相邻的各雨量观测站雨量观测数据 的差异程度是否超过D_T，若均未超过，不增设雨量观测站；若有超过，则表示雨量变化十分 剧烈，需要增设雨量观测站；假设所述面积超过S_T的泰森多边形内的雨量观测站为x，与其 相邻的各雨量观测站中，雨量观测数据的差异程度超过D_T的雨量观测站分别为1，2，…m， 则在雨量观测站x，1，2，…m所围成的几何图形内增设雨量观测站；

(7)完成雨量观测站增设布点。

上述的水库流域雨情观测网优化布点方法，优选的，S_T的取值范围为所述水库流域面积 的5％～30％。

上述的水库流域雨情观测网优化布点方法，优选的，所述D_T的取值范围为10～20。

上述的水库流域雨情观测网优化布点方法，优选的，所述步骤(6)中，在雨量观测站x， 1，2，…m所围成的几何图形的几何中心增设雨量观测站。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的水库流域雨情观测网优化布点方法，充分考虑水库流域降雨空间分布的不均匀 性，分析可能出现降雨漏测的关键区域，进而有针对性的增设雨情观测站点，该方法能在最 经济的条件下满足流域水雨情信息观测的需要，为水库流域雨量观测站点增设布点提供了一 种科学合理的方法。该方法思路清晰，操作方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例的水库流域中雨量观测站的分布位置示意图。

图2为本发明实施例的水库流域中泰森多边形的划分示意图。

图3为本发明实施例的水库流域雨晴观测网优化布点后的雨量观测站的分布示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本 发明的保护范围。

实施例：

一种本发明的水库流域雨情观测网优化布点方法，包括以下步骤：

(1)搜集待优化布点的水库流域现有的雨量观测站经纬度位置及历史降雨观测数据，其 中，本实施例的水库流域中3个雨量观测站A、B、C的分布位置示意图如图1所示；

(2)采用泰森多边形法，根据雨量观测站布点位置，将整个流域划分为3个泰森多边形， 每个泰森多边形内仅包含一个雨量观测站，如图2所示；每个泰森多边形内的降雨量用该多 边形内部的雨量观测站观测的雨量代替；

(3)计算各雨量观测站所在的泰森多边形的面积S，其中雨量观测站A所在的泰森多边 形的面积S_A＝500km²，雨量观测站B所在的泰森多边形的面积S_B＝280km²，雨量观测站C所 在的泰森多边形的面积S_C＝220km²；

(4)计算降雨过程中各两两相邻雨量观测站雨量观测数据的差异程度，计算公式如下：

$D_{xy}=\frac{1}{n}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(x_i-y_i)}^2}$

式中，n为雨量观测站雨量观测数据的时段数；x_i为雨量观测站x在第i个时段的雨量观 测值；y_i为与x相邻的雨量观测站y在第i个时段的雨量观测值；D_xy为雨量观测站x与雨量 观测站y雨量观测数据的差异程度；

本实施例计算结果为：雨量观测站A与B雨量观测数据的差异程度D_AB＝20，雨量观测 站A与C雨量观测数据的差异程度D_AC＝22，雨量观测站B与C雨量观测数据的差异程度 D_BC＝10：

(5)由于本实施例水库的流域面积较小，因而，设置该水库流域内泰森多边形面积的阈 值S_T＝300，同时设置该水库流域内雨量观测站雨量观测数据的差异程度阈值D_T＝15；

(6)判断各泰森多边形面积是否超过S_T，由步骤(3)的计算值可知，雨量观测站A所 在的泰森多边形的面积超过S_T，表明该区域应该增设雨量观测站；

(7)针对超过S_T的泰森多边形，判断该泰森多边形内的雨量观测站与其相邻的各雨量 观测站雨量观测数据的差异程度是否超过D_T，经过比较发现，雨量观测站A与B的差异程 度D_AB和雨量观测站A与C的差异程度D_AC均超过了差异程度阈值，因此，在雨量观测站A、 B、C所围成的几何图形的几何中心增设雨量观测站D，该位置为雨量观测站D增设的最优 位置；

(8)完成雨量观测站增设布点，增设的雨量观测站D位置如图3所示。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技 术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技 术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本 发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及 修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。