一種水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水文分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水庫(kù)流域內(nèi)部水雨情觀測(cè)網(wǎng)是水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行所需的重要觀測(cè)設(shè)施。水雨情觀測(cè) 站網(wǎng)不僅是水庫(kù)流域水雨情變化規(guī)律分析的重要的數(shù)據(jù)來(lái)源，而且可為水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度提供 必要的數(shù)據(jù)支撐。現(xiàn)有的水庫(kù)流域水雨情觀測(cè)站網(wǎng)都是依據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》（GB/T 22482-2008)和《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》（SL34-92)的要求建設(shè)，但是，隨著當(dāng)前流域氣候 條件和下墊面條件變化，現(xiàn)有的觀測(cè)站網(wǎng)已經(jīng)很難滿足流域水雨情信息觀測(cè)的需要，尤其 是全流域強(qiáng)降雨條件下，部分地區(qū)的觀測(cè)站點(diǎn)無(wú)法捕獲準(zhǔn)確的降雨信息，存在漏測(cè)的現(xiàn)象。 為此，需要在水庫(kù)流域增設(shè)雨情觀測(cè)網(wǎng)，以滿足雨情觀測(cè)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種經(jīng)濟(jì)、能捕獲準(zhǔn)確降 雨信息且滿足流域水雨情信息觀測(cè)需要的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0005] -種水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，包括以下步驟：
[0006] (1)搜集待優(yōu)化布點(diǎn)的水庫(kù)流域內(nèi)現(xiàn)有的雨量觀測(cè)站經(jīng)煒度位置及歷史降雨觀測(cè) 數(shù)據(jù)；
[0007] (2)采用泰森多邊形法，根據(jù)所述雨量觀測(cè)站的布點(diǎn)位置，將所述水庫(kù)流域劃分為 若干個(gè)泰森多邊形，每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅包含一個(gè)雨量觀測(cè)站；每個(gè)泰森多邊形內(nèi)的降雨 量用該多邊形內(nèi)部的雨量觀測(cè)站觀測(cè)的雨量代替；
[0008] (3)計(jì)算各雨量觀測(cè)站所在的泰森多邊形的面積S ;
[0009] (4)計(jì)算降雨過(guò)程中各兩兩相鄰雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度，計(jì)算公式 如下：
[0010]
[0011] ΑΨ，η 73兩M觀測(cè)3?兩M觀蜊的時(shí)段數(shù)；X1為雨量觀測(cè)站X在第i個(gè)時(shí)段的雨量 觀測(cè)值為與X相鄰的雨量觀測(cè)站y在第i個(gè)時(shí)段的雨量觀測(cè)值；D xy為雨量觀測(cè)站X與 雨量觀測(cè)站y雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度；Dxy越大表示差異程度越大，當(dāng)兩個(gè)雨量觀測(cè)站的 雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)完全相同時(shí)D xy的值為0 ;
[0012] (5)設(shè)所述水庫(kù)流域內(nèi)泰森多邊形面積的閾值為St，判斷各雨量觀測(cè)站所在的泰 森多邊形的面積S是否超過(guò)閾值，若未超過(guò)，則表示該區(qū)域不需要增設(shè)雨量觀測(cè)站，轉(zhuǎn)步驟 (7);若超過(guò)，則表示該區(qū)域應(yīng)該增設(shè)雨量觀測(cè)站，轉(zhuǎn)步驟（6);
[0013] (6)針對(duì)面積超過(guò)St的泰森多邊形，設(shè)所述水庫(kù)流域內(nèi)雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù) 的差異程度閾值為Dt，判斷該泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站與其相鄰的各雨量觀測(cè)站雨量觀 測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度是否超過(guò)Dt，若均未超過(guò)，不增設(shè)雨量觀測(cè)站；若有超過(guò)，則表示雨量變 化十分劇烈，需要增設(shè)雨量觀測(cè)站；假設(shè)所述面積超過(guò)S t的泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站為 X，與其相鄰的各雨量觀測(cè)站中，雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度超過(guò)Dt的雨量觀測(cè)站分別為1， 2，…m，則在雨量觀測(cè)站x，l，2，…m所圍成的幾何圖形內(nèi)增設(shè)雨量觀測(cè)站；
[0014] (7)完成雨量觀測(cè)站增設(shè)布點(diǎn)。
[0015] 上述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，優(yōu)選的，St的取值范圍為所述水庫(kù)流 域面積的5%~30%。
[0016] 上述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，優(yōu)選的，所述Dt的取值范圍為10~ 20 〇
[0017] 上述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，優(yōu)選的，所述步驟（6)中，在雨量觀測(cè) 站x，l，2，…m所圍成的幾何圖形的幾何中心增設(shè)雨量觀測(cè)站。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] 本發(fā)明的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，充分考慮水庫(kù)流域降雨空間分布的 不均勻性，分析可能出現(xiàn)降雨漏測(cè)的關(guān)鍵區(qū)域，進(jìn)而有針對(duì)性的增設(shè)雨情觀測(cè)站點(diǎn)，該方法 能在最經(jīng)濟(jì)的條件下滿足流域水雨情信息觀測(cè)的需要，為水庫(kù)流域雨量觀測(cè)站點(diǎn)增設(shè)布點(diǎn) 提供了 一種科學(xué)合理的方法。該方法思路清晰，操作方便，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的水庫(kù)流域中雨量觀測(cè)站的分布位置示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的水庫(kù)流域中泰森多邊形的劃分示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的水庫(kù)流域雨晴觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)后的雨量觀測(cè)站的分布示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 實(shí)施例：
[0025] 一種本發(fā)明的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，包括以下步驟：
[0026] (1)搜集待優(yōu)化布點(diǎn)的水庫(kù)流域現(xiàn)有的雨量觀測(cè)站經(jīng)煒度位置及歷史降雨觀測(cè)數(shù) 據(jù)，其中，本實(shí)施例的水庫(kù)流域中3個(gè)雨量觀測(cè)站A、B、C的分布位置示意圖如圖1所示；
[0027] (2)采用泰森多邊形法，根據(jù)雨量觀測(cè)站布點(diǎn)位置，將整個(gè)流域劃分為3個(gè)泰森多 邊形，每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅包含一個(gè)雨量觀測(cè)站，如圖2所示；每個(gè)泰森多邊形內(nèi)的降雨量 用該多邊形內(nèi)部的雨量觀測(cè)站觀測(cè)的雨量代替；
[0028] (3)計(jì)算各雨量觀測(cè)站所在的泰森多邊形的面積S，其中雨量觀測(cè)站A所在的泰森 多邊形的面積S a= 500km 2,雨量觀測(cè)站B所在的泰森多邊形的面積Sb= 280km 2,雨量觀測(cè) 站C所在的泰森多邊形的面積Se= 220km 2;
[0029] (4)計(jì)算降雨過(guò)程中各兩兩相鄰雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度，計(jì)算公式 如下：
[0030]
[0031] 式中，η為雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)段數(shù)；X1為雨量觀測(cè)站x在第i個(gè)時(shí)段的 雨量觀測(cè)值W 1為與X相鄰的雨量觀測(cè)站y在第i個(gè)時(shí)段的雨量觀測(cè)值；D xy為雨量觀測(cè)站 X與雨量觀測(cè)站y雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度；
[0032] 本實(shí)施例計(jì)算結(jié)果為：雨量觀測(cè)站A與B雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度Dab= 20,雨量 觀測(cè)站A與C雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度Dm= 22,雨量觀測(cè)站B與C雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異 程度 DBe= 10 :
[0033] (5)由于本實(shí)施例水庫(kù)的流域面積較小，因而，設(shè)置該水庫(kù)流域內(nèi)泰森多邊形面積 的閾值S t= 300,同時(shí)設(shè)置該水庫(kù)流域內(nèi)雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度閾值D τ = 15 ；
[0034] (6)判斷各泰森多邊形面積是否超過(guò)St，由步驟（3)的計(jì)算值可知，雨量觀測(cè)站A 所在的泰森多邊形的面積超過(guò)S t，表明該區(qū)域應(yīng)該增設(shè)雨量觀測(cè)站；
[0035] (7)針對(duì)超Sst的泰森多邊形，判斷該泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站與其相鄰的各 雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度是否超過(guò)D t，經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，雨量觀測(cè)站A與B的差異 程度Dab和雨量觀測(cè)站A與C的差異程度D Αε均超過(guò)了差異程度閾值，因此，在雨量觀測(cè)站Α、 B、C所圍成的幾何圖形的幾何中心增設(shè)雨量觀測(cè)站D，該位置為雨量觀測(cè)站D增設(shè)的最優(yōu)位 置；
[0036] (8)完成雨量觀測(cè)站增設(shè)布點(diǎn)，增設(shè)的雨量觀測(cè)站D位置如圖3所示。
[0037] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì) 本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是 未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、 等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 搜集待優(yōu)化布點(diǎn)的水庫(kù)流域內(nèi)現(xiàn)有的雨量觀測(cè)站經(jīng)煒度位置及歷史降雨觀測(cè)數(shù) 據(jù)； (2) 采用泰森多邊形法，根據(jù)所述雨量觀測(cè)站的布點(diǎn)位置，將所述水庫(kù)流域劃分為若干 個(gè)泰森多邊形，每個(gè)泰森多邊形內(nèi)僅包含一個(gè)雨量觀測(cè)站； (3) 計(jì)算各雨量觀測(cè)站所在的泰森多邊形的面積S; (4) 計(jì)算降雨過(guò)程中各兩兩相鄰雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度，計(jì)算公式如 下：式中，n為雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)的時(shí)段數(shù)；Xl為雨量觀測(cè)站x在第i個(gè)時(shí)段的雨量觀測(cè) 值；yi為與x相鄰的雨量觀測(cè)站y在第i個(gè)時(shí)段的雨量觀測(cè)值；Dxy為雨量觀測(cè)站x與雨量 觀測(cè)站y雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度； (5) 設(shè)所述水庫(kù)流域內(nèi)泰森多邊形面積的閾值為ST，判斷各雨量觀測(cè)站所在的泰森多 邊形的面積S是否超過(guò)閾值，若未超過(guò)，則表示該區(qū)域不需要增設(shè)雨量觀測(cè)站，轉(zhuǎn)步驟（7); 若超過(guò)，則表示該區(qū)域應(yīng)該增設(shè)雨量觀測(cè)站，轉(zhuǎn)步驟（6); (6) 針對(duì)面積超過(guò)ST的泰森多邊形，設(shè)所述水庫(kù)流域內(nèi)雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差 異程度閾值為DT，判斷該泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站與其相鄰的各雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù) 據(jù)的差異程度是否超過(guò)DT，若均未超過(guò)，不增設(shè)雨量觀測(cè)站；若有超過(guò)，假設(shè)所述面積超過(guò) ST的泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站為X，與其相鄰的各雨量觀測(cè)站中，雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程 度超過(guò)DT的雨量觀測(cè)站分別為1，2,…m，則在雨量觀測(cè)站x，l，2,…m所圍成的幾何圖形 內(nèi)增設(shè)雨量觀測(cè)站； (7) 完成雨量觀測(cè)站增設(shè)布點(diǎn)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，其特征在于，所述S#勺 取值范圍為所述水庫(kù)流域面積的5 %~30 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，其特征在于，所述D#勺 取值范圍為10~20。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，其特征在于， 所述步驟（6)中，在雨量觀測(cè)站x，l，2,…m所圍成的幾何圖形的幾何中心增設(shè)雨量觀測(cè) 站。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水庫(kù)流域雨情觀測(cè)網(wǎng)優(yōu)化布點(diǎn)方法，包括以下步驟：(1)搜集待優(yōu)化布點(diǎn)的雨量觀測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)雨量觀測(cè)站布點(diǎn)位置劃分泰森多邊形；(3)計(jì)算各泰森多邊形的面積S；(4)計(jì)算兩相鄰雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度；(5)判斷各雨量觀測(cè)站所在的泰森多邊形的面積S是否超過(guò)閾值，若未超過(guò)，則不增設(shè)雨量觀測(cè)站；若超過(guò)，判斷該泰森多邊形內(nèi)的雨量觀測(cè)站與其相鄰的各雨量觀測(cè)站雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)的差異程度是否超過(guò)DT，若均未超過(guò)，不增設(shè)雨量觀測(cè)站；若有超過(guò)，則需增設(shè)雨量觀測(cè)站。該方法能充分考慮水庫(kù)流域降雨空間分布的不均勻性，能在最經(jīng)濟(jì)的條件下滿足流域水雨情信息觀測(cè)的需要。
【IPC分類】G01W1/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105093357
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510556507
【發(fā)明人】張紅先, 郭俊, 陸佳政, 李波, 方針, 徐勛建
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司防災(zāi)減災(zāi)中心
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月2日