(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 202211137838.6 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 喻雅玲　刘丙军　傅健宇　陈毓灵　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 黄钰褀 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 16/21(2019.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种分析流域水资源工程对气象-水文干旱 影响的方法 (57)摘要 本发明公开一种分析流域水资源工程对气 象‑水文干旱影响的方法， 先收集目标流域的数 据， 并预处理形成数据库， 用以输入SWAT模型中 进行水文过程的模拟， 并得到模拟月流量数据， 之后再对流域进行子流域及水文响应单元划分， 然后对参数进行敏感性分析， 选出敏感性较高的 参数， 再对参数进行率定与验证， 确定最优值， 并 对此时的SWAT模型进行合理性和适用性的评价， 以此得到较为优选的目标SWAT模型， 最后通过目 标SWAT模型构建不同的驱动因素方案进行气象 ‑ 水文干旱传播的归因分析。 通过本发明的方法， 可有效探究水资源开发利用等对流域气象 ‑水文 干旱过程的影 响， 为未来流域干旱综合防治提供 科学依据。 权利要求书3页 说明书12页 附图1页 CN 115455707 A 2022.12.09 CN 115455707 A 1.一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1： 选定目标流域， 收集目标流域在一段时期内的DEM数字高程数据、 土壤数据、 土 地利用数据、 气象数据； 步骤2： 对土壤数据、 土地利用数据、 气象数据进行预处理， 并构建相应数据库， 将数据 库输入到SWAT模型中模拟出目标流域在 对应时期的水文过程， 以此得到目标流域的模拟月 流量数据； 步骤3： 将DEM数字高程数据输入SWAT模型， 并在SWAT模型中对 目标流域进行子流域及 水文响应单 元划分； 步骤4： 对SWAT模型的参数进行 敏感性分析， 获得 敏感程度排名前10的参数； 步骤5： 根据步骤2获得的模拟月流量数据对敏感程度排名前10的参数进行率定与验 证， 确定各参数的最优取值， 并通过纳什效率系数和决定系数评价SWAT模型进行模拟的合 理性和适用性， 以此 得到调控好 参数的目标SWAT模型； 步骤6： 在目标SWAT模型中， 通过构建不同的驱动因素方案， 从各方面模拟量化分析对 气象‑水文干旱传播 规律影响。 2.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤2中， 土壤数据库的建立过程如下： 导入土壤数据， 通过SPAW软件计算出SWAT模型所需输入 的土壤参数， 完成土壤数据库 的构建。 3.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤2中， 土地利用数据库的建立过程如下： 根据收集的土地利用数据， 对原始 的土地利用类型图进行重分类， 每种土地利用类型 由4位代码表示， 完成土地利用数据库的构建。 4.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤2中， 气象数据库的建立过程如下： 通过SwatWeather软件计算得到天气发生器的各项参数， 除日降雨量、 日最低气温和日 最高气温为所收集到的实测数据外， 其它 数据均由天气发生器模拟生成， 完成气象数据库 的构建。 5.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤3中进行子流 域及水文响应单 元的划分过程如下： 步骤3.1： 加载DEM数字高程数据后在SWAT模型中设定最小集水面积阈值以进行河网的 定义与提取， 通过子流 域参数计算， 将整个目标流 域共划分成若干个子流 域； 步骤3.2： 划分子流域后， 设置每个子流域内的土壤类型、 土地利用类型和坡度面积百 分比阈值， 分别输入各年的土地利用类型图， 按年份划分出 水文响应单 元。 6.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤4中， SWAT模型的参数进行 敏感性分析的过程如下： 使用SWAT ‑CUP程序对SWAT模型的参数进行敏感性分析， 按敏感程度对参数进行排列并 对参数进行 校准， 列出 校准后敏感程度排名前10的参数。 7.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455707 A 2征在于， 步骤5中对参数进行率定与验证的过程如下： 首先选定三段时期分别为预热期、 率定期、 验证期， 采用水文站实测的月流量数据对参 数进行率定和验证， 验证SWAT模型在步骤2中得到的模拟月流量数据和实测月流量数据是 否在设定的误差范围内， 一直迭代到两个结果在设定的误差范围内为止， 以此确定各参数 的最优取值。 8.根据权利要求7所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤5中， 确 定参数的最优取值后， 通过纳什效率系数和决定系数评价SWAT模型的 合理性和适用性的过程如下： 纳什效率系数和决定系数的计算公式如下： 式中， NS表示纳什 效率系数， R2表示决定系数， Qo、 Qs分别代表水文站的实测流量与SWAT 模型的模拟流量， 则分别代表实测流量与模拟流量的平均值， Qi,o、 Qi,s分别代表第i月 的实测流 量与模拟流 量； 若NS和R2的值均大于0.5， 则表明SWAT模型的模拟结果是理想的， 以此时的SWAT模型作 为目标SWAT模型。 9.根据权利要求1所述的一种分析流域水资源工程对气象 ‑水文干旱影响的方法， 其特 征在于， 步骤6中构建不同的驱动因素方案， 从各方面模拟量化分析对气象 ‑水文干旱传播 规律影响的过程如下： 步骤6.1： 模拟方案设计； 选定一段时期作为基准期， 将这一时期的水文干旱情势作为基准方案， 并把其后的时 期作为影响期， 基于该影响期时期的数据来设计对比方案， 将影响期划分为两个时段， 设计 不同的气象数据和土地利用数据 组合， 作为基准方案、 气候方案、 土地利用方案、 水资源开 发利用方案； 步骤6.2： 量 化不同驱动因素的贡献率； 根据各方案在目标SWAT模型的模拟结果， 分别计算出各时段的干旱度量指标， 在此基 础上得到气候、 土地利用变化、 水资源开 发利用情景的水文干旱特征的变化量； 假设基准方 案中的干旱特征变量为x0， 气候方案、 土地利用方案、 水资源开发利用方案中对应的干旱特 征变量分别为xcli、 xluc、 xcl， 定义考虑水资源开发利用下实测的干旱特征变 量为xcls， 则各要 素对水文干旱驱动作用的相对影响贡献率如下公式所示： Δxcli＝xcli‑x0 Δxluc＝xluc‑x0 Δxoper＝xcls‑xcl 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455707 A 3