水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法及系统与流程

[0001]
本发明涉及水文预报技术领域，具体涉及一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法及系统。


背景技术：

[0002]
近年来，随着全球气候变化，我国暴雨事件频发，每年4-8月湖南省均会发生多起不同程度的暴雨灾害，经常造成水库发生弃水，严重时危及下游防洪安全，暴雨是水库安全经济运行的重要灾害。
[0003]
为做好暴雨条件下的水库安全经济运行工作，首先要分析水库流域降水径流变化特性，当前的主要工作主要集中于暴雨数值预测、水库入库流量和水位预测等工作，这些成果对水库的暴雨应急调度工作具有重要指导作用，但未能指导做好长期调度运行规划。


技术实现要素：

[0004]
本发明目的在于公开一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法及系统，为水库长期调度规划提供重要数据支撑。
[0005]
为达上述目的，本发明公开一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法，包括：
[0006]
步骤1，收集水库流域长系列的降水观测数据，所述降水观测数据的时间长度至少15年；
[0007]
步骤2，采用小波基函数对降水观测数据进行小波分解；
[0008]
步骤3，将降水观测数据分解后的高频与低频分量进行小波重构，并与原序列进行对比，使得重构后的数据序列与原始数据序列误差小于设定阈值；
[0009]
步骤4，根据小波分解得到的低频分量，分析降水的总体变化趋势；
[0010]
步骤5，绘制降水序列小波变换系数实部时频图，根据时频图分析降水的周期变化规律；
[0011]
步骤6，绘制降水序列小波方差图，分析降水量最典型变化周期。
[0012]
为达上述目的，本发明还公开一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析系统：包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。优选地，该系统具体包括：
[0013]
水库流域降水小波分解子系统，用于根据收集的水库流域历史长系列的降水观测数据，采用合适的小波基函数来进行降水数据进行小波分解；
[0014]
水库流域降水序列小波重构子系统，用于将降水数据分解后的高频与低频分量进行小波重构，并与原序列进行对比，使得重构后的数据序列与原始数据序列误差小于设定阈值；
[0015]
降水总体变化趋势分析子系统，用于根据小波分解得到的低频分量，分析降水的总体变化趋势；
[0016]
降水序列小波变换系数实部时频图绘制子系统，用于绘制降水序列小波变换系数实部时频图，并可根据时频图分析降水的周期变化规律；
[0017]
降水序列小波方差图绘制子系统，用于绘制降水序列小波方差图，从图分析降水量最典型变化周期。
[0018]
本发明具有以下有益效果：
[0019]
发明了水库流域降水多时间尺度分解方法，可分析出水库流域长时间序列中的周期性和趋势性变化规律，为水库长期调度规划提供重要数据支撑。
[0020]
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0021]
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022]
图1是本发明优选实施例的柘溪水库流域降水小波分解结果。
[0023]
图2是本发明优选实施例的柘溪水库流域降水小波分解与重构示意图。
[0024]
图3是本发明优选实施例的小波变换系数实部时频图。
[0025]
图4是本发明优选实施例的小波方差图。
具体实施方式
[0026]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0027]
实施例1
[0028]
本实施例以湖南柘溪水库为例，公开了一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法，包括：
[0029]
步骤1，收集柘溪水库流域1997年7月-2019年6月的逐月面平均累积降水量数据。
[0030]
步骤2，选用daubechies小波作为小波基函数来进行降水和径流数据小波分解。如图1所示，分解的层数选为4，分解得到4个高频分量(d1、d2、d3、d4)和1个低频分量(a4)。
[0031]
步骤3，将降水数据分解后的高频与低频分量进行小波重构。如图2所示，发现重构后的降水数据序列与原始降水数据序列误差十分小(10-9
)，表示小波分解是合理的。
[0032]
步骤4，根据小波分解得到的低频分量，分析降水的总体变化趋势。
[0033]
在该步骤中，由趋势分量a4可知，由趋势分量a4可知：
[0034]
1)、在2002-2003年，降水量有上升的趋势。
[0035]
2)2003年下半年开始，降水量逐渐趋近与常年平均值。
[0036]
3)2017年下半年，降水量略有下降。
[0037]
4)2018年下半年开始，降水量又有上升的趋势。
[0038]
步骤5，绘制降水序列小波变换系数实部时频图，根据时频图分析降水的周期变化规律。
[0039]
在该步骤中，所绘制的小波变换系数实部时频图如图3所示。从图中可以分析出：降水量存在明显的周期性变化特征，存在18-19月、30-35月的周期性规律。其中，18-19月的时间尺度表现最为显著。
[0040]
步骤6，绘制了降水序列小波方差图，分析降水量最典型变化周期。
[0041]
在该步骤中，所回执的降水序列小波方差图如图4所示。从图中可以分析出，降水量最典型的周期为18月，与步骤5的分析结论一致。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例公开一种水库流域降水趋势和周期变化特征分析系统：包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。优选地，该系统具体包括：
[0044]
水库流域降水小波分解子系统，用于根据收集的水库流域历史长系列的降水观测数据，采用合适的小波基函数来进行降水数据进行小波分解。
[0045]
水库流域降水序列小波重构子系统，用于将降水数据分解后的高频与低频分量进行小波重构，并与原序列进行对比，使得重构后的数据序列与原始数据序列误差小于设定阈值。
[0046]
降水总体变化趋势分析子系统，用于根据小波分解得到的低频分量，分析降水的总体变化趋势。
[0047]
降水序列小波变换系数实部时频图绘制子系统，用于绘制降水序列小波变换系数实部时频图，并可根据时频图分析降水的周期变化规律。
[0048]
降水序列小波方差图绘制子系统，用于绘制降水序列小波方差图，从图分析降水量最典型变化周期。
[0049]
综上，本发明上述各实施例所分别公开的水库流域降水趋势和周期变化特征分析方法及系统，至少具有以下有益效果：
[0050]
发明了水库流域降水多时间尺度分解方法，可分析出水库流域长时间序列中的周期性和趋势性变化规律，为水库长期调度规划提供重要数据支撑。
[0051]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。