CN119442930A 一种复杂流域的动态水文耦合数据分析方法及系统 （河北省保定水文勘测研究中心）

一种复杂流域的动态水文耦合数据分析方及一种复杂流域的动态水文耦合数据分析方法文数据并进行时空模拟划分和水文时空关联分析和预测复杂流域中水文变化及其相互耦合关2步骤S3：获取复杂流域对应的实测气象数据以及实步骤S4：基于各个流域子分区之间的水文变化时空相3.根据权利要求2所述的复杂流域的动态水文耦合数据分析方法，其特征在于，步骤步骤S151：通过依据复杂流域对应气象站点的地理位置步骤S152：通过复杂流域地形三维空间模型获取复杂流域步骤S153：获取卫星或无人机对应的拍摄时间以及空空间分辨率利用双线性插值与重采样技术对历史遥感数据中的地表湿度以及植被覆盖度3步骤S155：基于历史遥感时空校准数据内对应的地表步骤S156：基于复杂流域气象一遥感水文特征集对复4.根据权利要求3所述的复杂流域的动态水文耦合数据分析方法，其特征在于，步骤将复杂流域地形三维空间模型导入基于有限差分的地形分析软件中通过结合水文地貌学原理并从历史水文数据中获取径流深度以及地下水位变化分析获取复杂流域对应的土壤质地以及渗透特性，并根据复杂流将地形对热量再分配的平衡影响参数、复杂流域对应的沟壑密度、水基于复杂流域气象一遥感水文特征集以及复杂流域地形地貌参数集于复杂流域气象遥感水文特征集以及复杂流域地形地貌参数集对复杂流域地形三维空间通过历史气象数据获取在时段t内对应的降水量p(t)，并基于在时段t内对应的降水量P(t)对复杂流域气象一遥感水文特征集进行植被冠层截留模型构建，以生成复杂流域对应的植被冠层截留模型，其中I(t)表示在时段t内对应的植被冠层基于在时段内对应的降水量p(t)对复杂流域对应的植被冠层截留模型进行降水输入计算，以得到复杂流域对应的实际降水输入量In(t)=p(t)-I(t)；基于复杂流域地形地貌参数集内对应的地形对热量再分配的平衡影响参数利用潜在4基于复杂流域地形地貌参数集内对应的沟壑密度、水系分支比应的土壤渗透量，其中k(t)表示在时段t内对应的土壤渗透系数，8(t)表示在时段t内对应的土壤含水量，y(t)表示在时段t内对应基于复杂流域对应的实际降水输入量、潜在蒸发量、土壤渗透;;在时段t内对应的饱和水汽压，e(t)为在时段t内对应的实际水汽压，exp为指数函数，RH(t)为在时段内对应的相对湿度。步骤S22：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的高分辨率地形数据步骤S23：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的河流水系分布数据步骤S24：根据复杂流域内不同土地利用类型区域对应的地形起伏变化率以及河流水大于或等于预设的阈值时，则将其对应土地利用类型区域的流域格网划分标准确定为5步骤S33：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文变化特征向量内的不同向量元素进行Zscore标准化，得到各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文标准步骤S34：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文标准化特征向量进行波动模态统计计算，得到各个流域子分区在不同时间尺度下对应的水文特征向量波动模态相似性度量算法对各个流域子分区在不同时间尺度下对应的水文特征向量波动模态集进基于因果推断的关联分析对各个流域子分区对应的水文循环网格化模型进行水文时空关步骤S41：根据各个流域子分区之间的水文变化时空相关性关联关系构建各个流域子步骤S42：基于各个流域子分区之间对应的水文扩散演进态势变化模型对各个流域子6复杂流域水文循环模拟模块，用于获取复杂流域对应的历复杂流域水文时空关联模块，用于获取复杂流域对应拟时间步下对应的水文变化特征向量对相对应的水文循环网格化模型进行水文时空关联流域时空耦合预警模块，用于基于各个流域子分区之间的水文7[0003]基于此，本发明有必要提供一种复杂流域的动态水文耦基于历史气象数据、历史水文数据以及历史遥感数据对复杂流域进行水文循环模拟分析，8以及空间分辨率利用双线性插值与重采样技术对历史遥感数据中的地表湿度以及植被覆通过结合水文地貌学原理并从历史水文数据中获取径流深度以及地下水位变化9基于复杂流域气象遥感水文特征集以及复杂流域地形地貌参数集对复杂流域地集对复杂流域地形三维空间模型进行水文循环模拟通过历史气象数据获取在时段t内对应的降水量p(t)，并基于在时段t内对应的降基于在时段内对应的降水量p(t)对复杂流域对应的植被冠层截留模型进行降水输入计算，以得到复杂流域对应的实际降水输入量In(t)=p(i)-I(t)；基于复杂流域地形地貌参数集内对应的地形对热量再分配的平衡影响参数利用对应的潜在蒸发量ET(t)；域对应的土壤渗透量，其中k(t)表示在时段t内对应的土壤渗透系数，8(t)表示在时段t内对应的土壤含水量，y(t)表示在时;;;;;分配的平衡影响参数，T(t)为在时段t内对应的土壤温度，u(t)为在时段t内对应的风速，步骤S22：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的高分辨率地形步骤S23：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的河流水系分布步骤S24：根据复杂流域内不同土地利用类型区域对应的地形起伏变化率以及河步骤S33：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文变化特征向量内的步骤S34：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文标准化特征向量进的相似性度量算法对各个流域子分区在不同时间尺度下对应的水文特征向量波动模态集利用基于因果推断的关联分析对各个流域子分区对应的水文循环网格化模型进行水文时步骤S41：根据各个流域子分区之间的水文变化时空相关性关联关系构建各个流步骤S42：基于各个流域子分区之间对应的水文扩散演进态势变化模型对各个流一模拟时间步下对应的水文变化特征向量对相对应的水文循环网格化模型进行水文时空申请的有益效果在于通过收集复杂流域的历史气象数据、历史水文数据和历史遥感数据，理能够将流域内部的水文变化过程进行局部化分析，避免大尺度模拟中产生的过度简化，体现，时空关联分析有助于发现流域内部不同区域之间水文变化的相互影响和传播规律，相关性关联关系对各个流域子分区对应的水文循环网格化模型进行流域时空耦合预警处从而能够在水文灾害发生前及时预警，有助于实现复杂流域的可持续发展和预警响应工术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范基于历史气象数据、历史水文数据以及历史遥感数据对复杂流域进行水文循环模拟分析，基于历史气象数据、历史水文数据以及历史遥感数据对复杂流域进行水文循环模拟分析，流域的空间分解，将复杂流域划分为多个较小的子分区，在该过程中，使用地理金插值或最近邻插值）实现水文数据的空间分布，这一过程中，利用遥感数据中的地形信流域子分区对应的水文循环网格化模型。性，即保证气象数据和水文数据来自相同时间和空间尺度，然后，使用时间序列分析方法挖掘不同子分区之间的时空相关性，具体而言，可以通过计算不同区域的水文特征向量之间的皮尔逊相关系数或使用更复杂的机器学习方法（如聚类分析、主成分分析等分析各个子分区在不同时间步下的水文变化是否具有显著的空间关联性，从而识别出潜在的时空析产品或者区域气候模型进行数据补充，通过GIS系统将所有这些数据按流域范围进行提流域对应的历史气象数据。在本发明实施例中，通过利用卫星遥感数据获取流域内的地表湿度和植被覆盖数）图像进行估算，NDVI值反映了植被的生长情况，通常通过光学卫星影像（如MODIS或地利用类型数据可通过地方或国家的土地资源管理部门获取，或使用全球土地覆盖分类数据集（如GLC2000或MODIS土地覆盖数据）进行提取，地形数据则通常通过数字高程模型件（如AutoCADCivil3D或SketchUp）将地形数据和土壤类型转化为具有物理属性的空间以及空间分辨率利用双线性插值与重采样技术对历史遥感数据中的地表湿度以及植被覆在本发明实施例中，通过对先前得到的历史气象空间延展数据进行频域成分转气象数据在不同频率下的波动进行分析，能够揭示出气象变化的周期性特征和趋势变化，地表湿度和植被覆盖度等遥感指标在不同时间尺度和空间尺度下对水文循环的影响，例行土壤调查和取样，常用的取样方法包括地面取样和钻探取样，通过对流域内不同地段的进行空间化分析，得到精确的渗透系数分布图，具体操作中，使用专业土壤数据分析软件对应的土壤渗透系数空间分布。在本发明实施例中，通过将先前分析得到的各项参数进行有效汇总和空间对比，集对复杂流域地形三维空间模型进行水文循环模拟通过历史气象数据获取在时段t内对应的降水量p(t)，并基于在时段t内对应的降对应的植被冠层截留模型，其中I(t)表示在时段t内对应的植被4表示风速，G;为在高频成分下第i个历史气象数据与水文之间覆盖度和流域特点对降水量进行调整，并根据给定的植被冠层截留公式：[0044]优选地，基于在时段内对应的降水量p(t)对复杂流域对应的植被冠层截留模型进行降水输入计算，以得到复杂流域对应的实际降水输入量In(t)=p(i)-I(t)；水输入量的计算：In(t)=p(t)-I(t)，在实际操作中，首先需要度以及相关参数构成了一个合适的潜在蒸发量计算公式对复杂流域地形三维空间模型进其中k(t)表示在时段t内对应的土壤渗透系数，8(t)表示在时段t内对应的土壤含水量，y(t)表示在时段t内对应的土壤地形水势，,其中，K(t)表示在时段t内对应的土壤渗透系数，8(t)表示在时段t内对应的土壤含水量，y(t)表示在时段t内对应的土壤地形水势，合水量平衡原理进行地表径流产出计算，得到复杂流域对应的地表径流产出量;在本发明实施例中，通过依据复杂流域的实际降水输入量In(t)、潜在蒸发量水量平衡公式为具体来说，首先根据前面计算得到的实际量ET,(t)、土壤渗透量S(t)和地表径流产出量R(t)，利用;;;分配的平衡影响参数，T(t)为在时段t内对应的土壤温度，u(t)为在时段t内对应的风速，内对应的土壤温度T(t)、指数函数exp以及相关参数构成了一种在时段t内对应的饱和水汽exp(⃞)以及在时段t内对应的相对湿度RH(t)构成了一种在时段t内对应的实际水汽压e(t)的函数关系e,(t)⃞RH(t)，还通过结合在时段t内对应的饱和水汽压e(t)以及在时段t内对应的土壤温度T(t)构成了一种饱和水汽压曲线斜率a的函数关系，根据复杂流域对应的,该公式能够实现对复杂流域地形三维空间模型的流[0053]步骤S22：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的高分辨率地形[0054]步骤S23：基于复杂流域对应的土地利用类型图对复杂流域对应的河流水系分布[0055]步骤S24：根据复杂流域内不同土地利用类型区域对应的地形起伏变化率以及河[0060]步骤S33：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文变化特征向量内的不同向量元素进行Z_score标准化，得到各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文到各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文标准[0061]步骤S34：对各个流域子分区在每一模拟时间步下对应的水文标准化特征向量进的相似性度量算法对各个流域子分区在不同时间尺度下对应的水文特征向量波动模态集利用基于因果推断的关联分析对各个流域子分区对应的水文循环网格化模型进行水文时到各个流域子分区之间的水文变化时空相关性关联关系，其中包括上游子分区降水增加、步骤S41：根据各个流域子分区之间的水文变化时空相关性关联关系构建各个