一种基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型

摘要

本发明公开了一种基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型，步骤包括：借助马斯京根法矩阵方程，表征多河段、多区间入流的河道汇流过程；基于动力系统反演理论，模拟各断面和区间洪水预报误差的演变规律；利用误差修正后的状态变量，预报流域出口断面洪水，以达到预报校正的效果。本发明解决了复杂河流系统的洪水预报精度提升的难题，充分考虑了河道中的水力联系、上游来水的空间组成、预报误差的时间传递、以及多源信息的利用等问题，准确反映了洪水预报误差在时间上的演进和在空间上的传递，进一步提高了河道洪水预报精度，具有较强的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于河道洪水预报与实时校正技术领域，具体涉及一种基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型。

背景技术

洪水预报是防洪减灾的一项重要的非工程措施。目前，洪水预报虽然得到长足发展，但仍然面临挑战：一方面，由于人类认知有限，无法得到流域水文模型或预报方案的绝对准确的数学表达，所以很难对流域出口断面流量进行准确地模拟和预报；另一方面，在气候变化与人类活动的共同作用下，水文事件发生的时空格局多变，给洪水预报无形中增加了难题。因此，为了满足飞速发展的经济社会对洪水预报提出的更高要求，实时校正作为洪水预报的最后一道精度保障，它不可或缺。

实时校正的方法和途径很多。从实用角度，一般以单点/单段校正方法为主，即只利用河道出口断面的实时信息直接进行预报结果的修正和更新。这类方法易于实施，在实际中得到了广泛应用。但对于自然的复杂河流系统，如果只关注流域出口断面或单段河道的马斯京根法汇流过程，而忽略上游断面和区间的其他信息，将不能反映洪水预报误差在时间上的演进和空间上的传递，则上游关联断面的未被消除预报误差会限制出口断面的洪水预报实时校正效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以提高复杂河流系统的河道洪水预报精度的实时校正模型。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型，包括如下步骤：

步骤1、复杂河流系统河段划分：对于自然的河流系统，将系统内的1个长河段划分为n个短河段(图2)，得到n+1个河段断面，n＞1，第i(i＝1,…,n)个河段的出口断面流量Q

步骤2、马斯京根法矩阵方程建立：根据步骤1的河段划分结果，采用考虑区间入流的马斯京根法矩阵方程，表征多河段多区间入流的河道汇流过程；

步骤3、入流预报误差计算：对河道汇流演进过程中的各区间入流误差和第1个河段的上断面入流误差计算；

步骤4动力系统反演方程构建：依据步骤3，建立各入流误差的动力系统反演方程，对预报误差进行演算：

步骤5、多河段流量预报误差联合校正：结合步骤2的马斯京根矩阵方程和步骤4的动力系统反演方程，建立多河段流量误差联合校正方程：

式(5)中，

式(5)中，

进一步的，所述步骤2中，多河段多区间入流的马斯京根法矩阵方程为：

式(1)中，

进一步的，所述步骤3中，河道汇流演进过程中的各区间入流误差和第1个河段的上断面入流误差如式(2)所示：

式(2)中，ε

进一步的，步骤4中各入流误差的动力系统反演方程见式(3)：

式(3)中，

进一步的，将式(3)代入式(1)，认为各子河段的演算参数C

对式(4)左端第一个矩阵A求逆矩阵，然后等式两边左乘这个逆矩阵，整理后可得到多河段流量误差联合校正方程。本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明所达到的有益效果：本发明提供的一种基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型，能够反映多河段联动、多区间入流的河道汇流过程，能够模拟各断面和区间洪水预报误差的演变规律，解决了复杂河流系统的洪水预报误差校正难题，进一步提升了河道洪水预报精度，具有较强的工程意义。

附图说明

图1是本发明基于洪水预报误差反演的多河段联合校正模型的流程图；

图2是复杂多河段河流系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，

步骤1、对于大渡河上游一个自然的河流系统，将系统内的1个长河段划分为3个短河段(从1级河流至3级河流)，并得到4个河段断面(从第0个断面至第3个断面，其中：第0个断面为河源断面，第3个断面为流域出口断面)，则第i(i＝1，2，3)个河段的出口断面流量Q

步骤2、根据步骤1的河段划分结果，采用考虑区间入流的马斯京根法矩阵方程，表征多河段多区间入流的河道汇流过程：

式(1')中，

步骤3、对河道汇流演进过程中的各入流误差进行计算，各入流误差是包括各河段的区间入流误差和第1个河段的上断面入流误差，其中区间来水不好测量，区间入流误差系列根据该河段下断面实测流量扣除区间预报流量在下断面的响应来推算：

式(2')中，

步骤4、依据步骤3，建立各入流误差的动力系统反演方程，对预报误差进行演算：

式(3')中，

表1各河段的反演方程参数的特解

步骤5、多河段流量预报误差联合校正：将式(3')代入式(1')，认为各子河段的演算参数相等，确定C

式(4')中，

式(5')中，

式(5')写成向量形式如下：

Q(t+Δt)＝ΗQ(t)+P[q(t+Δt)+ε(t+Δt)] (6)

式(6)中，Η＝(A

步骤6、采用洪峰流量相对误差δQ

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。