(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210613754.9 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 水利部交通 运输部国家能源局南京 水利科学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区广州路 223号 (72)发明人 舒章康　金君良　张建云　汪琳　 王国庆　鲍振鑫　刘艳丽　刘翠善　 贺瑞敏　 (74)专利代理 机构 南京千语知识产权代理事务 所(普通合伙) 32394 专利代理师 祁文彦　尚于杰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 考虑产流结构不确定性的水文模型及对地 表地下水文过程影响的量 化方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑产流结构不确定性 的水文模型及对地表地下水文过程影响的量化 方法， 本发明将产流结构中地表径流、 壤中流和 基流结构的不确定性用参数进行量化， 联合增加 的汇流模块构建了一个考虑产流结构不确定性 的水文模型， 相对于原始的水文模 型具有更高的 精度， 可对产流结构中地表径流、 壤中流和基流 的不确定性及其对地表地下水文过程影响进行 量化， 可以更好地提升径流模拟的精度， 提升对 水文物理过程基础规 律的理解和认 识。 权利要求书2页 说明书13页 附图2页 CN 114970171 A 2022.08.30 CN 114970171 A 1.一种考虑产流结构不确定性的水文模型， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤(1)收集资料： 收集流域内水文气象站点观测序列， 包括流域内站点观测的降水 量、 水面蒸发量和径流数据； 步骤(2)计算产流： 建立以SIMHYD模型结构为基础的产流计算模块， 主要包括蒸发损失 计算、 土壤下渗计算、 水分储蓄计算和产流计算四个部分； 步骤(3)处理产流结构不确定性： 假定SIMHYD模型不同径流成分的产流量与真实产流 量的差异服从正态分布， 即SIMHYD模型的地表径流、 壤中流和 基流三种径流成分的产流量 与服从正态分布的随机数的乘积等于对应的真实产流 量； 对于地表径流， 服从正态分布的随机数可以定量表达为均值为mIRUN， 方差为δ2 IRUN的正 态分布随机数； 对于壤中流， 服从正态分布的随机数可以定量表达为均值为mSRUN， 方差为 δ2 SRUN的正态分布随机数； 对于基流， 服从正态分布的随机数可以定量表达为均值为mBAS， 方 差为δ2 BAS的正态分布随机数； 方差δ2 IRUN、 δ2 SRUN和 δ2 BAS的大小分别代表了产流结构中地表径 流、 壤中流和基流的不确定性大小； 步骤(4)计算汇流： 采用滞后演算法对考虑产流结构不确定性的SIMHYD模型总出流过 程进行调节， 以考虑河道 汇流； 步骤(5)优化参数： 选定某连续年度内流域出口水文气象站观测的径流序列， 划定模型 率定期和验证期， 以NSE效率系数作为目标函数， 以NSE系数最大为优化目标， 采用SCE ‑UA全 局优化算法， 输入率定期的流域面平均降水量、 面平均水面蒸发量和出口观测的径流数据， 并对待优化的参数设置上 下边界值， 对水文模型参数进行优化； 步骤(6)将优化后的参数值代入率定期和验证期进行计算， 得到率定期和验证期的模 拟径流数值。 2.根据权利要求1所述的一种考虑产流结构不确定性的水文模型， 其特征在于， 步骤 (1)中将流域内水文气象观测站 点观测的降水量和水面蒸发量转换为流域面平均降水量和 面平均水面蒸发量， 转换 方式采用多站点 算术平均法： 其中， PEi,t表示站点i在t时刻的降水量或者水面蒸 发量， n表示流域内站点总数， 表 示t时刻流 域面平均降水量或者水面蒸发量。 3.根据权利要求1所述的一种考虑产流结构不确定性的水文模型， 其特征在于， 步骤 (4)计算汇流公式如下： 其中， Qt为t时刻流域出口流量， m3/s； CR表示河道蓄水消退系数， 表示t时刻实际 地表径流， 表示t时刻实际壤中流， 表示t时刻实际基流。 4.根据权利要求1所述的一种考虑产流结构不确定性的水文模型， 其特征在于， 步骤 (5)中水文模 型参数包括截留储蓄容量、 最大下渗损失量、 土壤 蓄水容量、 壤中流出流系数、 下渗损失指数、 地下水补充系数、 地下径流系数、 地表径流随机乘数 的均值、 壤中流随机乘 数的均值、 基流随机乘数的均值、 地表径流 随机乘数的方差、 壤中流随机乘数 的方差、 基流权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970171 A 2随机乘数的方差和河道蓄水消退系数。 5.一种基于权利要求1所述水文模型的产流结构不确定性对地表地下水文过程影响的 量化方法， 其特征在于， 采用蒙特卡洛随机抽样来模拟产流结构不确定性对地表地下水文 过程的影响； 对于考虑地表径流产流结构不确定性的地表径流模拟， 参数优化后， 由均值 IRUNt、 方差为δ2 IRUN×IRUNt的正态分布 随机产生地表径流的估 计值 循环抽样N次即可以获得地表径流产流结构不确定性对地表径流影响的量化估 计结果； 对于考虑壤中流产流结构不确定性的壤中流模拟， 参数优化后， 由均值SRUNt、 方差 为δ2 SRUN×SRUNt的正态分布 随机产生壤中流的估计值 循环抽样N次即可以获得壤中流产流结构不确定性对壤中流影响的量化估计结果； 对于考 虑基流产流结构不确定性的基流模拟， 参数优化后， 由均值BASt、 方差为δ2 BAS×BASt的正态 分布 随机产生基流 的估计值 循环抽样N次即可以获得基流产 流结构不确定性对基流影响的量 化估计结果。 6.根据权利要求5所述的一种产流结构不确定性对地表地下水文过程影响的量化方 法， 其特征在于， 在相同抽样情景下， 将三种径流成分叠加得到全流域产流， 而后根据流域 汇流公式和优化后的汇流参数CR计算不同随机抽样情景下 的流域出 口流量过程， 可获得N 种出口流 量过程， 此即代 表了产流结构不确定性对流 域出口流 量模拟的影响。 7.根据权利要求6所述的一种产流结构不确定性对地表地下水文过程影响的量化方 法， 其特征在于， N取10 00， 即循环抽样10 00次。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970171 A 3