CN110555602A - 一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法和***，属于径流资料短缺或无资料地区水文研究领域，所述方法包括：根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则继续进行划分。本发明方法能够充分利用已有的月径流(年径流资料)资料，对更小时间单位的径流数据进行补充，有效减少现有分配方法的固有误差，无需参数限制，使分配结果更加贴合实际情况，可以应用于无资料水文研究领域中解决相关径流模拟分配问题，简单高效、便于实施，具有广泛的应用价值。

Description

一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法和***
技术领域
本发明属于径流资料短缺或无资料地区水文研究领域，更具体地，涉及一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法和***。
背景技术
无资料或资料短缺地区的水文研究是近代国际水文水资源研究的热点和难点问题之一，就我国而言，很多水库、水电站建设之初都没有***的径流量数据记载，大多数径流资料都是以月作为最小单位。但在实际工程应用或者科学研究中，往往需要更为详细的数据支撑，如旬、日数据，此时便需要将月径流资料进行科学合理的划分。
但目前的划分方法比较粗略，常见的方法是将月径流均匀地分到每一旬或者每一日(等分)，这种方法虽然简单，但存在着很明显的不足，地表径流的形成受到气候、土地利用类型等多种因素的影响，因此径流的时间序列，以及降雨-径流的关系通常具有明显的非平稳性，均等划分使旬与旬(日与日)间的径流值跳跃常常过大或者跳跃为零，与实际相悖。
当然也有很多用随机模拟的方法生成随机数代替实际径流数据，但涉及到对统计特征的模拟、随机模型的建立(含定阶、参数估计等)，需要考虑到趋势项、跳跃项、周期项、随机项等一系列因素，步骤上相对复杂，增加了计算负担，没有充分利用到已有的月径流资料。
总体而言，现有径流分配方法存在分配旬径流量时有明显误差，使得模拟数据与实际情况不符的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法和***，旨在解决采用现有方法分配旬径流量时有明显误差，使得模拟数据与实际情况不符的问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，包括：
(1)根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；
(2)根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则返回执行步骤(1)。
进一步地，步骤(1)具体为，采用大规模线性规划求解器根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。
进一步地，所述二次规划模型为：
其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。
进一步地，所述二次规划模型满足以下约束条件：
总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。
进一步地，所述评价参数为：
其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量。
本发明另一方面提供了一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，包括：
旬径流分配模块，用于根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；
分配结果评价模块，用于根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则继续采用旬径流分配模块进行旬径流分配。
进一步地，所述旬径流分配模块采用大规模线性规划求解器根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。
进一步地，所述二次规划模型为：
其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。
进一步地，所述二次规划模型满足以下约束条件：
总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。
进一步地，所述评价参数为：
其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)相比现有无资料情形的年内逐旬径流分配方法，本发明方法能够充分利用已有的月径流(年径流资料)资料，对更小时间单位的径流数据进行补充，有效减少了现有分配方法的固有误差，无需参数限制，使分配结果更加贴合实际情况。
(2)本发明通过调用大规模线性规划求解器，能够快速准确地求解得到二次规划模型的全局最优解，从而实现年内逐旬流量的最优分配，简单高效、便于实施，具有广泛的应用价值。
附图说明
图1为本发明提出的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法流程图；
图2(a)为应用本发明方法得到的逐旬流量序列分配示意图；
图2(b)为应用现有分配方法得到的逐旬流量序列分配示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明实施例一方面提供了一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，包括：
(1)根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。
具体地，根据已知的月径流或者部分已知的旬径流资料，以旬流量序列中相邻旬流量的波动值的平方和最小为目标建立数学规划模型，由于线性规划求解器gurobi采用先进的优化技术，充分利用多核处理器的优势，实现高效稳定的求解，并且提供方便轻巧的接口，便于直接调用，因此，本发明采用大规模线性规划求解器gurobi对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分，为使数学规划模型适应大规模线性规划求解器以求得最优解，将数学规划模型重构为严格的二次规划模型：其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。本发明中二次规划模型满足以下约束条件：总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。
(2)根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则返回执行步骤(1)。
具体地，本发明对分配得到的旬径流量评价参数为：
其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量，K值越小，说明分配后的旬径流序列与之前的月径流序列越相似，根据先前的分配经验，一般认为当K<0.01时，旬径流序列分配与月径流相似度满足要求。
为了验证本发明方法的有效性，选取某资料短缺地区水文站的某年径流序列进行分配，图2(a)、图2(b)分别为采用本发明分配方法及现有分配方法所产生的分配序列，可以看出，图2(a)的旬径流序列相比图2(b)而言，其径流量波动更加平稳，波动趋势更加符合实际，其中，图2(a)K值为0.06％，图2(b)K值为2.90％，旬径流量序列分配的相似度相比之下提升近两个数量级，且满足评价标准的要求，进一步佐证本发明分配方法所生成的旬径流序列更具有代表性及实际意义。
本发明实施例另一方面提供了一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，包括：旬径流分配模块，用于根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；分配结果评价模块，用于根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则继续采用旬径流分配模块进行旬径流分配。本发明旬径流分配模块采用大规模线性规划求解器根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。采用的二次规划模型为：其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。二次规划模型满足以下约束条件：总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。采用的评价参数为：其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，其特征在于，包括：
(1)根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；
(2)根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则返回执行步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，其特征在于，步骤(1)具体为，采用大规模线性规划求解器根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。
3.根据权利要求1或2所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，其特征在于，所述二次规划模型为：
其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。
4.根据权利要求3所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，其特征在于，所述二次规划模型满足以下约束条件：
总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配方法，其特征在于，所述评价参数为：
其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量。
6.一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，其特征在于，包括：
旬径流分配模块，用于根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分；
分配结果评价模块，用于根据评价参数判断划分得到的旬径流量是否达到设定标准，如是，则划分结束；如否，则继续采用旬径流分配模块进行旬径流分配。
7.根据权利要求6所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，其特征在于，所述旬径流分配模块采用大规模线性规划求解器根据构建的二次规划模型对已知的径流资料进行以旬为单位的径流划分。
8.根据权利要求6或7所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，其特征在于，所述二次规划模型为：
其中，i表示旬径流编号，N表示径流序列中所划分旬的个数，Qi为时段i的旬径流量。
9.根据权利要求8所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，其特征在于，所述二次规划模型满足以下约束条件：
总量平衡约束：Q3j+Q3j+1+Q3j+2＝3qj，其中，j表示月径流编号，qj为时段j的月径流量；非负约束：Qi≥0。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种径流资料短缺情况下的旬径流分配***，其特征在于，所述评价参数为：
其中，Cvm为月径流序列离差系数，Cvx为优化分配后旬径流序列离差系数，K为评价参数，反映旬径流序列与月径流序列离差参数的变化量。
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