本发明属于水文预报，尤其涉及一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法。
背景技术：
1、我国小型水库众多且空间分布广泛，洪水预报是当前最行之有效的防洪减灾非工程措施之一，快速准确的洪水预报可有效提高小型水库防洪能力。但现有国内常用洪水预报技术十分依赖于实测水文资料，而我国绝大多数小型水库缺乏水文实测资料，使得洪水预报模型构建及应用难以展开。虽然近些年小型水库流域新建设了雨水情站点，但由于小型水库流域面积小，加之雨水情站建站时间较短、水文资料序列较短，难以满足小型水库洪水预报的需要，因此如何实现缺资料小型水库洪水预报是亟需解决的关键技术问题。
2、传统上利用参数移植的方法可解决缺资料流域的水文预报，但受下垫面条件空间变化和水文资料观测记录少等因素影响，使得参数移植方法的不确定性较大、精度较低且难以有效应用于点多面广的小型水库流域。随着计算机技术的迅速发展和自然地理信息数据的广泛应用，分布式水文模型逐渐应用于流域洪水预报，而分布式建模思路可获取流域内不同节点的洪水预报过程，在下垫面剧烈变化和水文资料更新的条件下依然适用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，以解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、本发明提出一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，所述方法包括以下步骤：
4、步骤1、小流域划分及河网水系提取：基于全国山洪灾害调查评价成果数据集，对研究区域范围内的小流域进行划分，对研究区域的河网水系进行提取，确定小流域及河网水系边界；
5、步骤2、建立逐级河系预报空间拓扑网络：根据步骤1划分的小流域及提取的河网水系确定预报节点，梳理河网水系及预报节点的空间位置确定其上游预报节点和小流域，并为小流域配置关联的雨量站，从而建立起小流域、预报节点从上游至下游的逐级河系预报空间拓扑网络，并建立小型水库与小流域的空间位置对应关系，每个小型水库关联一个小流域；
6、步骤3、分布式水文模型逐级河系预报建模：建立所有预报节点自上游至下游的分布式水文模型逐级河系预报方案，对于无上游入流的预报节点，其洪水过程为小流域的洪水预报结果，采用三水源新安江水文模型建模；对于有上游入流的预报节点，其洪水过程为上游入流洪水汇入叠加区间小流域洪水，上游入流洪水汇入采用马斯京根法演算，区间小流域洪水预报则采用三水源新安江水文模型建模；确定模型参数，获取所有预报节点及小流域的流量过程；
7、步骤4、小型水库入库洪水过程推求：水文模型以降雨和蒸发数据为输入，运行模型后输出模拟洪水过程，根据步骤3建立的分布式水文模型，输入降雨和蒸发数据运行模型后输出得到河网水系所有预报节点、小流域的洪水模拟计算结果，结合小型水库与小流域的关联关系，推求缺资料流域小型水库入库洪水过程。
8、进一步的是，步骤2中所述为小流域配置关联的雨量站具体为：采用arcmap空间连接和近邻分析功能模块为小流域配置关联的雨量站；所述建立小型水库与小流域的空间位置对应关系具体为：采用arcmap的空间连接功能模块建立小型水库与小流域的空间位置对应关系。
9、进一步的是，步骤3中所述确定模型参数的具体过程为：首先根据模型参数物理意义和经验估计确定模型参数初步取值范围，然后利用河网水系中有实测水文资料的预报节点进行参数优化，并采用多目标优化nsga-ii算法和人工相结合的半自动化方法确定模型参数，以洪峰流量相对误差rpe、洪峰出现时间误差pte、确定性系数dc以及洪量相对误差rrd作为参数寻优的多目标函数，计算公式分别为：
10、
11、式中，n为场次洪水数；和分别为第i场洪水洪峰流量预测值和实测值，单位为m3/s；和分别为第i场洪水洪峰出现时间的模拟值和实测值；qij,sim和qij,obs分别为第i场洪水、第j个时段的模拟流量值和实测流量值，单位为m3/s；为第i场洪水的实测流量平均值，单位为m3/s；ri,sim和ri,obs分别为第i场洪水的模拟径流深和实测径流深，单位为mm；
12、其中，dc用于对洪水过程拟合程度进行评价，其值越接近1表示洪水预报效果越好；rpe和pte用于评价洪峰流量，其值越接近0表示洪水预报效果越好；rrd用于评价洪水径流量，其值越接近0表示洪水预报效果越好。
13、进一步的是，步骤4中所述推求缺资料流域小型水库入库洪水过程具体为：采用面积折算法和汇流时间平移的简化方法由小流域洪水过程推求得到小型水库入库洪水过程，具体包括以下步骤：
14、s41、面积比例系数折减：小流域内小型水库入库洪水采用小型水库集水面积与所在小流域面积比例对小流域模拟洪水过程进行折减；
15、s42、小型水库至小流域出口汇流时间计算：
16、基于地理空间数据云获取小流域dem栅格高程数据，利用小流域dem栅格高程数据推求各栅格单元汇流时间，计算公式为：
17、v＝ks0.5 (5)
18、
19、式中，v为流域内各栅格单元的流速，单位为m/s；s为地面坡度；k为流速系数，根据流域栅格水流状态取值；l为水滴流经各网格单元的距离；△t为径流在各栅格单元的滞时，单位为s；t为水流由每一个栅格单元到达小流域出口的汇流时间，单位为s；m为汇流路径上网格数量；
20、s43、推求小型水库入库洪水：将上述s41由小流域模拟洪水过程折减后得到的入库洪水按照s42计算的汇流时间沿时间轴进行整体向后推移，得到小型水库入库洪水过程。
21、本发明的有益效果是：本发明所述方法首先利用山洪灾害调查评价成果进行小流域划分及河网水系提取，构建河网水系、预报节点和小流域三者的空间拓扑结构网络，并与小型水库进行关联，进而构建基于分布式水文模型的逐级河系洪水预报方案，获取河系上游至下游所有预报节点的洪水预报结果，在此基础上推求小型水库入库洪水过程，实现缺资料流域小型水库洪水预报建模及计算。本发明所述方法解决了缺资料流域小型水库难以开展洪水预报的问题，利用分布式水文模型实现河网水系逐级预报，进而推求小型水库入库洪水过程，消除流域报汛盲区，为提升全流域防汛减灾能力提供技术支撑。
22、下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
1.一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，其特征在于，步骤2中所述为小流域配置关联的雨量站具体为：采用arcmap空间连接和近邻分析功能模块为小流域配置关联的雨量站；所述建立小型水库与小流域的空间位置对应关系具体为：采用arcmap的空间连接功能模块建立小型水库与小流域的空间位置对应关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，其特征在于，步骤3中所述确定模型参数的具体过程为：首先根据模型参数物理意义和经验估计确定模型参数初步取值范围，然后利用河网水系中有实测水文资料的预报节点进行参数优化，并采用多目标优化nsga-ii算法和人工相结合的半自动化方法确定模型参数，以洪峰流量相对误差rpe、洪峰出现时间误差pte、确定性系数dc以及洪量相对误差rrd作为参数寻优的多目标函数，计算公式分别为：
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式水文模型的缺资料流域小型水库洪水预报方法，其特征在于，步骤4中所述推求缺资料流域小型水库入库洪水过程具体为：采用面积折算法和汇流时间平移的简化方法由小流域洪水过程推求得到小型水库入库洪水过程，具体包括以下步骤：
