基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统与流程

本发明涉及水文分析，尤其涉及一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统。

背景技术：

1、在工程设计及流域防洪减灾实践中，设计洪水过程是水工程安全防护的重要依据。水利水电工程水文分析计算规范推荐的设计洪水过程线计算方法主要有同频率放大法和同倍比放大法。

2、但由于同频率放大法推求设计洪水过程线时，不同时段洪量放大倍比不一致，分段放大后的洪水过程线在时段交界处呈锯齿形或跳跃突变，不符合实际洪水随时间光滑连续变化的实际，设计洪水过程计算实践中，需要对放大后的洪水过程线进行修匀以满足工程设计要求。有学者提出修正放大倍比或优化模型等方法，主要对同频率放大倍比计算式进行改建及修正，以达到保持典型洪水模式特征，但缺点往往是各时段洪量与设计洪量难以匹配。

3、因此，工程界基本采用手动修匀方式。手动修匀可满足工程设计要求，但费时费力，而且常常无统一标准，带有设计人员主观经验性，且随着工程实践需求不断拓宽，手动修匀方式常常无法满足时效性需求。现阶段设计洪水过程计算技术尚缺乏相应的电算系统，严重阻碍了水利信息化发展进程。

4、因此，如何提供一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统，提高洪水过程计算效率，满足工程的时效性需求，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统。

2、本发明提供一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，包括：

3、计算步骤，基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法和滑动平均滤波器，确定自适应洪水过程；

4、评价步骤，计算自适应洪水过程和目标典型洪水过程的相似性综合评价指标；

5、判断步骤，基于相似性综合评价指标，判断是否满足预设循环停止条件；

6、若不满足预设循环停止条件，则使用自适应洪水过程更新目标典型洪水过程，重复执行计算步骤、评价步骤和判断步骤，直至判断满足预设循环停止条件；

7、基于自适应洪水过程，确定目标设计洪水过程。

8、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，计算步骤具体包括：

9、基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法，确定设计洪水过程的自适应初始线；

10、使滑动平均滤波器的窗口沿着自适应初始线滑动，计算并输出算数平均值，确定自适应洪水过程；

11、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法，确定设计洪水过程的自适应初始线，具体包括：

12、基于典型目标洪水过程，确定最大洪峰流量和不同时段最大洪量；

13、基于洪峰放大系数基于最大洪峰流量和设计洪峰流量，根据同频率控制放大法，确定洪峰放大系数；

14、基于不同时段最大洪量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法，确定不同时段洪量的放大系数；

15、基于洪峰放大系数和不同时段洪量的放大系数，放大典型目标洪水过程，确定设计洪水的自适应初始线。

16、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，滑动平均滤波器为窗口可变的自适应滑动平均滤波器；

17、对应的，使滑动平均滤波器的窗口沿着自适应初始线滑动，计算并输出算数平均值，确定自适应洪水过程，具体包括：

18、使不同窗口宽度的多个滑动平均滤波器，分别沿着自适应初始线滑动，计算并输出算数平均值，确定多个设计洪水过程滤波线；

19、基于多个设计洪水过程滤波线，确定自适应洪水过程。

20、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，基于多个设计洪水过程滤波线，确定自适应洪水过程，具体包括：

21、分别计算多个设计洪水过程滤波线与目标典型洪水过程的动态时间规整距离，确定动态时间规整距离最小值；

22、根据动态时间规整距离最小值，确定滑动平均滤波器最佳窗口宽度；

23、基于最佳窗口宽度，确定自适应洪水过程。

24、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，相似性综合评价指标为洪峰相对误差、洪量相对误差、闵可夫斯基距离、动态时间规整距离、余弦相似度的倒数、皮尔逊相关系数的倒数和纳西效率系数的倒数之和。

25、根据本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，预设循环停止条件具体包括：

26、循环计算次数增加时，相似性综合评价指标的变化值小于预设阈值。

27、本发明还提供一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算系统，包括：洪水过程计算单元、评价指标计算单元、循环停止判断单元、预设步骤循环单元和目标输出确定单元；

28、洪水过程计算单元，用于执行计算步骤，基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法和滑动平均滤波器，确定自适应洪水过程线；

29、评价指标计算单元，用于执行评价步骤，计算自适应洪水过程和目标典型洪水过程的相似性综合评价指标；

30、循环停止判断单元，用于执行判断步骤，基于相似性综合评价指标，判断是否满足预设循环停止条件；

31、预设步骤循环单元，用于在确定不满足预设循环停止条件时，使用自适应洪水过程更新目标典型洪水过程，重复执行计算步骤、评价步骤和判断步骤，直至判断满足预设循环停止条件；

32、目标输出确定单元，用于基于自适应洪水过程，确定目标设计洪水过程。

33、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法的步骤。

34、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法的步骤。

35、本发明提供的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统，通过构建基于自适应迭代逼近的同频率放大算法以及相似性综合评价指标，重复计算设计洪水过程并进行评价的步骤，直至满足预设循环停止条件，实现设计洪水过程的自动放大计算及平滑处理，避免了手动修均，极大地提高了设计洪水过程的计算效率，满足工程实践的时效性需求。

技术特征：

1.一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述计算步骤具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法，确定设计洪水过程的自适应初始线，具体包括：

4.根据权利要求2所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述滑动平均滤波器为窗口可变的自适应滑动平均滤波器；

5.根据权利要求4所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述基于所述多个设计洪水过程滤波线，确定自适应洪水过程，具体包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述相似性综合评价指标为洪峰相对误差、洪量相对误差、闵可夫斯基距离、动态时间规整距离、余弦相似度的倒数、皮尔逊相关系数的倒数和纳西效率系数的倒数之和。

7.根据权利要求1-5任一项所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法，其特征在于，所述预设循环停止条件具体包括：

8.一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算系统，其特征在于，包括：洪水过程计算单元、评价指标计算单元、循环停止判断单元、预设步骤循环单元和目标输出确定单元；

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一项所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法。

技术总结
本发明提供一种基于防洪设计自适应修正的设计洪水过程计算方法及系统，其中，方法包括：计算步骤，基于目标典型洪水过程、设计洪峰流量和不同时段设计洪量，根据同频率控制放大法和滑动平均滤波器，确定自适应洪水过程；评价步骤，计算自适应洪水过程和目标典型洪水过程的相似性综合评价指标；判断步骤，基于相似性综合评价指标，判断是否满足预设循环停止条件；若不满足预设循环停止条件，则使用自适应洪水过程更新目标典型洪水过程，重复执行计算步骤、评价步骤和判断步骤，直至判断满足预设循环停止条件；基于自适应洪水过程，确定目标设计洪水过程。能够提高洪水过程计算效率，满足工程的时效性需求。

技术研发人员：张明波,邓鹏鑫,徐长江,邴建平,戴明龙,贾建伟,张冬冬,王栋,徐伟峰,汪飞,刘昕,何康洁,李宗骏
受保护的技术使用者：长江水利委员会水文局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13