一种量化水库影响的水文情势变化分析方法与流程

本发明涉及河湖水文情势分析，具体涉及一种量化水库影响的水文情势变化分析方法。

背景技术：

1、水文要素变化一直是水文水资源领域的热点研究方向，大规模水利水电工程的建成投运、气候变化背景下的极端水文气象事件频发大大加剧了研究的复杂程度，水利工程运行对河湖水文情势的变异特征一直是水文、水生态保护的研究重难点。

2、目前水利工程运行河段的水文情势研究分析主要以水库投运时间为突变节点研究水库运行前后长系列实测日径流的变化特征，评价结果往往由人类活动和气候变化等多种因素共同作用，无法消除水文周期、气候变化等因素对水文情势的影响。水库运行已逐渐成为人类活动中的主要影响因素，如何将该因素剥离出来单独考虑并采用相适应的水文变异计算方法来定量评估水库(群)运行导致的下游河道水文情势的变化，是当前亟需解决的一个关键技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种量化水库影响的水文情势变化分析方法，提出阈值变异法和偏差-距离权重法对流域的水文情势进行分析。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明提供了一种量化水库影响的水文情势变化分析方法，包括以下步骤：

4、s1、利用水量平衡原理将研究站长系列日径流数据还原至天然状态下，选取研究区内梯级水库群运行后同时段天然和实测系列作为受人工干扰前或后的研究对象；

5、s2、选取年最大洪峰流量、蓄水期月均流量、枯水期基流、生态盈余、生态赤字、蓄水期脉冲、枯水期脉冲、年极值出现时间作为水文情势评价因子，综合表征流域内水库运行影响下的水文情势的变化特征；

6、s3、提出阈值变异法，对比天然系列和实测系列的阈值变化情况计算不同评价因子的变化程度；

7、s4、提出偏差-距离权重法，对评价因子重新赋值后计算整体变化水平。

8、进一步，所述s1中，利用水量平衡原理将研究站长系列日径流数据还原至天然状态下的还原方式为：

9、根据水库实际调度运行资料、水库坝前水位、水库库容曲线和出库流量，采用水量平衡发反推入库流量，公式为：

10、

11、其中，为时段平均入库流量；为时段平均出库流量；δv损为水库损失水量；δv为时段始末水库蓄水变化值；δt为计算时段；i为入库流量。

12、进一步，所述s2中，水文情势的变化特征具体为：

13、qmax＝max{q1,q2,…,qday}；

14、

15、ecp＝as/a50％；

16、ecf＝al/a50％；

17、

18、其中，qmax为年最大洪峰流量；qday为每年的逐日流量；qa,im为蓄水期月均流量；qi,im为蓄水期第i月的日均流量；qd为枯水期基流；qmin,7d为连续7日最小流量；为年平均流量；ecp为生态盈余；as为指定年流量持续时间曲线超过75％分位数的pdc曲线所围成的区域面积；a50％为50％分位数对应的年流量；ecf为生态赤字；al为指定年pdc曲线低于25％分位数的pdc曲线所围成的区域面积；pim为蓄水期脉冲；pdry为枯水期脉冲；nim、ndry分别为蓄、枯水期高低脉冲的个数；x为日均流量；te为年极值出现时间；为年最大洪峰流量对应的出现时间，范围为[1，365/366]。

19、进一步，所述s3具体为：

20、建立受人工干扰前、实测系列两种状态25％和75％频率下两套阈值体系，通过对比同时段实测系列的阈值范围占天然系列的阈值范围情况，从而研究仅受水库运行影响对河流水文情势的作用；

21、分别将天然系列和实测系列所得到的逐年评价因子成果进行降序排列并进行频率计算，其中，25％、75％频率所得数值即为天然系列和实测系列的频率阈值；

22、

23、其中，dn为基于阈值变异法的水文改变度，nu为实测系列评价因子未落入天然系列的阈值差，nt为实测系列评价因子本身的阈值差。

24、进一步，所述s3中的天然系列和实测系列的阈值对比主要包括以下情形：

25、1)、当实测系列阈值范围处于天然系列阈值范围内，

26、即i′25％≤i25％、i′75％≥i75％，此时受人工干扰后的实测系列较天然系列改变小：

27、

28、2)、当实测系列阈值范围下限i′75％介于天然系列阈值范围内时，实测系列阈值范围上限i′25％高于天然系列阈值范围上限i25％时，

29、即i75％≤i′75％＜i25％、i′25％>i25％：

30、

31、3)当实测系列阈值范围上限i′25％介于天然系列阈值范围内，实测系列阈值范围下限i′75％低于天然系列阈值范围下限i75％时，

32、即i75％＜i′25％≤i25％、i′75％＜i75％：

33、

34、4)当实测系列阈值范围包含天然系列阈值范围时，即i′75％＜i75％、i′25％＞i25％：

35、

36、5)当实测系列阈值范围下限i′75％均高于对应的天然系列阈值范围时，即i′75％≥i25％：

37、

38、6)当实测系列阈值范围上限i′25％均低于对应的天然系列阈值范围时，即i′25％≤i75％：

39、

40、进一步，所述s4具体为：

41、s401、权重计算：首先计算出天然系列和实测系列相同情景下的偏差，随后对三个流量阈值下天然系列和实测系列对应年份之间的距离进行对数判别，得到各评价因子的权重系数，并进行归一化处理：

42、

43、

44、w＝dp×ddis；

45、

46、其中，γ和γ′分别为天然系列和实测系列状态下的偏差系数；x10％、x50％、x90％分别为天然系列10％、50％和90％频率下的流量值；x′10％、x′50％、x′90％分别为实测系列10％、50％和90％频率下的流量值；dp为天然系列和实测系列的偏差度；ddis为流量阈值下天然系列和实测系列对应年份之间的距离；k为天然系列和实测系列10％、50％、90％阈值下对应的年份距离差超过总年数的1/10时对应的个数；a1(a2、a3)、a′1(a′2、a′3)分别为天然系列和实测系列10％(50％、90％)阈值下对应的年份，若三个阈值下对应的年份的距离均小于总年数的1/10，则ddis＝0；w为权重系数；为权重归一化结果；b为评价因子个数；wj为第j个评价因子所占权重；

47、s402、综合改变度计算：

48、

49、式中，dt为基于指标偏差的综合改变度；为各评价因子的综合权重系数，且dm为不同评价因子的水文改变度；

50、其中，dn和dt的变化度范围界定阈值为33％和67％，即[0,33％)、[33％，67％)、[67％～100％]分别为低、中、高变化度。

51、本发明的有益效果为：在于采用同时段(建库后)实测和天然(还原至受人工干扰前)流量作为研究对象，在固化其他因素一致性的前提下将水库运行这一因素脱离出来单独考虑，提出阈值变异法及相应的评价因子，最后为避免评价因子均一化权重提出基于偏差-距离权重法综合评估研究流域仅受水库运行影响作用的水文情势变化程度。