(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111477237.5 (22)申请日 2021.12.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114240106 A (43)申请公布日 2022.03.25 (73)专利权人 中国水利水电科 学研究院 地址 100048 北京市海淀区车公庄西路20 号 (72)发明人 王帆　张大伟　向立云　姜晓明　 杜晓鹤　张丹　 (74)专利代理 机构 北京国林贸知识产权代理有 限公司 1 1001 专利代理师 李瑾　李连生 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01)G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06K 9/62(2022.01) (56)对比文件 CN 110929956 A,2020.0 3.27 CN 112904458 A,2021.0 6.04 CN 107730151 A,2018.02.23 审查员 贾枫 (54)发明名称 一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相 似性分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于水文数据挖掘的流 域洪水响应相似性分析方法， 包括以下步骤： 1) 数据的收集、 处理； 2)洪水场次划分； 3)关联降雨 过程， 构建样本集合； 4)产流过程相似性 分析； 5) 汇流过程相似性分析； 6)流域洪水响应相似性分 析。 本发明提出以产流、 汇流过程相似为基础的 流域洪水响应相似性分析方法， 是一种既符合水 文基础理论， 又 具有针对性的分析方法。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114240106 B 2022.07.01 CN 114240106 B 1.一种基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 1)数据的收集、 处理： 收集流域内雨量站及水文站观测数据， 处理获得等时段流域面雨 量时间序列及流 域出口流 量时间序列； 2)洪水场次划分： 根据流 域出口流 量时间序列划分洪水场次； 3)关联降雨过程， 构建样本集合： 将场次洪水与场次降雨进行匹配关联， 依次寻找每个 场次洪水序列所关联 的降雨事件， 筛选掉无法找到关联降雨事件的洪水事件， 从而得到元 素一一关联的降雨事 件集合与洪水事 件集合； 4)产流过程相似性分析： 采用初损后损法对产流过程的水量损失进行划分， 获得各场 次洪水净雨过程， 进而推求流域洪水样本的次洪径流系数 统计中位数及平均后损率统计中 位数， 通过聚类方法分析产流过程相似性， 获得相似性分组； 5)汇流过程相似性分析： 基于提取的净雨过程和流量过程， 推求各流域的单位线， 对单 位线进行标准化处理， 对标准 化的单位线 进行聚类分析， 获得汇流过程相似性分组； 6)流域洪水响应相似性分析： 以产流相似性分组和汇流相似性分组为基础， 对流域进 行洪水响应相似性分组， 认为产流、 汇流过程同时具备相似性的流域具有洪水响应的相似 性。 2.根据权利要求1所述的基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征 在于： 步骤1)的具体包括以下步骤： 1‑1采用线性内插法进行等时段处 理， 获得等时段流 域出口流 量时间序列数据； 1‑2采用降雨 量累积曲线插值进行等时段处 理， 获得等时段流 域点雨量时间序列数据； 1‑3采用泰森多边形法进行面 雨量的计算， 获得面 雨量时间序列。 3.根据权利要求1所述的基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征 在于： 步骤3)中以洪水序列开始、 结束时间点 为基准进行关联降雨的提取； 包括以下步骤： 3‑1设定阈值ThS， 基于流域面积确定ThS的值， 如公式(6)所示： 式中， F为流域面积， km2； 阈值ThS为以洪水开始时刻T1为起点向前考虑降雨的最大 时间 范围， 以T1‑ThS为开始时间， 以洪水结束时刻T3为结束时间， 初步提取降雨序列； ThS单位为 h； 3‑2对降雨开始时间进行检查， 去除前部的无效降雨； 3‑3对降雨结束时间进行检查， 去除后部的无效降雨。 4.根据权利要求1所述的基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征 在于： 步骤4)具体步骤如下： 4‑1构建水量平衡公式如式(7)所示： 式中， R为次洪流量深， mm； P为场次降雨量， mm； I0为初损量， mm； 为平均后损率， mm/h； tR为产流时间， h； P'为后期不产流的雨 量， mm；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114240106 B 24‑2进行产流过程初损后损划分， 计算平均后损率， 通过公式(8)试算获得平均后损率 和产流开始、 结束时间： 式中， T1为洪水起 涨时刻； T2为产流结束时刻； 4‑3计算净雨过程， 利用洪水起涨时刻T1至产流结束时刻T2之间的降雨过程， 扣除平均 后损率 即可获得净雨过程R ′＝{R′1， R′2， ...， R′L}， L代表净雨过程的长度； 其中T1≤t≤T2， Pt为t时刻降雨 量， L＝T2‑T1+1； 4‑4计算次洪 径流系数， 方法如下式所示： 式中， α 为次洪 径流系数； 4‑5将各流域所有场次洪水次洪径流系数和平均后损率的统计中位数拼接为特征向 量， 组成特征向量集合D， D＝{x1， x2， ...， xi， ...， xM}， 其中M为流域个数， xi为第i个流域的特 征向量： 式中， αi为第i个流域的次洪径流系数统计中位数， αmax为所有流域次洪径流系数统计中 位数的最大值， 为第i个流域的平均后损率统计中位数， 为所有流域平均后损率统计 中位数的最大值； 4‑6产流过程相似性分组， 对步骤4 ‑5中得到的特征向量集合进行聚类分析， 获得相似 性分组。 5.根据权利要求4所述的基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征 在于： 步骤4 ‑6中设定相似性分组个数为K， 采用K ‑means聚类获得 K个产流过程相似性分组。 6.根据权利要求1所述的基于水文数据挖掘的流域洪水响应相似性分析方法， 其特征 在于： 步骤5)具体包括以下步骤： 5‑1推求流域单位线， 基于提取的净雨过程和流量过程， 推求各流域的单位线， 推求方 法为分析法、 最小二乘法、 线性 规划法、 柯林斯迭代法和优化 算法中任意 一种； 5‑2单位线标准化处理， 对单位线历时和单位线数值分别采用公式(11)和公式(12)所 示的方式进行 标准化： 式中， nu为标准化前的时段数； Δt为标准化前的时段长， h； L为最大汇流长度， km； nu'为 标准化后的时段 数； Δt'标准 化后的时段长， mi n； 式中， Ui为标准化前的单位线数值， F为 流域面积， km2， Ui'为标准化后的单位线数值； 5‑3将各流域的标准化单位线作为特征向量， 组成特征向量集合D， D＝{U ′1， U′2， ...，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114240106 B 3