[發(fā)明專利]一種分布式流域水沙過程耦合模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611160683.2
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106599471B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔家國;王浩;賈仰文;周祖昊;劉佳嘉;王英;牛存穩(wěn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;李富華

1.一種分布式流域水沙過程耦合模擬方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

步驟1：地形數(shù)字化處理的步驟：用于以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立格柵化地形數(shù)據(jù)；

步驟2：建立等高帶的步驟：用于根據(jù)Pfafstetter規(guī)則合并格柵，建立以等高帶為基本計算單元的坡面水文過程計算所需的匯流關(guān)系數(shù)據(jù)文件和相應(yīng)的地形數(shù)據(jù)文件，通過該規(guī)則建立了包含拓?fù)湫畔⒌暮泳W(wǎng)生成、流域劃分與編碼系統(tǒng)，對子流域及其相應(yīng)河道進(jìn)行編碼和計算排序，而子流域內(nèi)的等高帶則按照由高至低順序進(jìn)行計算；

步驟3：建立等高帶侵蝕地形數(shù)據(jù)文件的步驟：用于對每個等高帶，根據(jù)匯流條件將計算單元劃分為由平面、細(xì)溝、淺溝和切溝構(gòu)成的亞計算單元地貌形態(tài)；

步驟4：數(shù)據(jù)收集與處理的步驟：用于收集模擬區(qū)域內(nèi)及其附近的水文、氣象、植被、土壤、土地利用、水土保持措施數(shù)據(jù)，其中水文氣象數(shù)據(jù)包括降雨、平均風(fēng)速、平均氣溫、日照時數(shù)、空氣相對濕度，對收集到的數(shù)據(jù)按照模擬計算所需的時間步長進(jìn)行處理和空間匹配處理；

步驟5：水沙計算的步驟：用于輸入模型率定參數(shù)或應(yīng)用參數(shù)，進(jìn)行流域水文過程計算、流域侵蝕與泥沙輸移過程計算和溝道或河道或水庫的水沙過程計算；

所述的流域水文過程計算為：從坡面頂端的等高帶開始，進(jìn)行等高帶中坡面水文過程計算，包括：蒸發(fā)蒸騰、入滲、地表徑流、壤中徑流、坡面匯流、積雪融雪計算，如果存在上游等高帶則接收上游等高帶的參數(shù)，加入到計算中；

所述的流域侵蝕與泥沙輸移過程計算為：從坡面頂端的等高帶開始，進(jìn)行等高帶中坡面侵蝕與泥沙輸送和移動過程模擬和計算，所述的模擬和計算包括：雨滴濺蝕模擬、薄層水流侵蝕模擬、股流侵蝕過程模擬、重力侵蝕過程模擬、風(fēng)力侵蝕模擬，如果存在上游等高帶則接收上游等高帶的參數(shù)，加入到計算中；

所述的溝道或河道或水庫的水沙過程計算為：按照匯流關(guān)系數(shù)據(jù)文件對溝道或河道、水庫的水沙過程進(jìn)行從上游到流域出口的過程計算；

步驟6：判斷的步驟：用于根據(jù)匯流關(guān)系數(shù)據(jù)文件給定的計算關(guān)系，判斷是否繼續(xù)進(jìn)行過程計算或結(jié)束過程計算，如果“否”則進(jìn)入“模型參數(shù)的率定和模型驗證的步驟”，如果“是”則進(jìn)入“傳遞變量參數(shù)的步驟”；

步驟7：傳遞變量參數(shù)的步驟：用于收集“水沙計算的步驟”中本次等高帶的計算所獲得的變量參數(shù)，并攜帶這些變量參數(shù)回到“水沙計算的步驟”，從而將本次計算中的等高帶水沙的影響傳遞到下一個等高帶中；

步驟8：模型參數(shù)的率定和模型驗證的步驟：如果步驟5“用于輸入模型率定參數(shù)或應(yīng)用參數(shù)”中所獲得的參數(shù)為模型率定參數(shù)，則通過計算偏差對水沙計算的準(zhǔn)確度進(jìn)行評價，以率定模型是否符合真實情況，并不斷的調(diào)整參數(shù)并回到“水沙計算的步驟”進(jìn)行計算，同時不斷的進(jìn)行偏差計算和比較，使模型計算與實際情況的偏差達(dá)到最小，并進(jìn)行模型的驗證，如果步驟5“用于輸入模型率定參數(shù)或應(yīng)用參數(shù)”中所獲得的參數(shù)為應(yīng)用參數(shù)則跳過本步驟；

步驟9：結(jié)束的步驟：用于匯集流域各個等高帶的數(shù)據(jù)并輸出，結(jié)束計算過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述的蒸發(fā)蒸騰計算：

E＝F_WE_W+F_UE_U+F_SVE_SV+F_IRE_IR+F_NIE_NI

式中，F(xiàn)_W、F_U、F_SV、F_IR、F_NI分別為計算單元內(nèi)水域、不透水域、裸地-植被域、灌溉農(nóng)田及非灌溉農(nóng)田的面積率；E_W、E_U、E_SV、E_IR、E_NI分別為計算單元內(nèi)水域、不透水域、裸地－植被域、灌溉農(nóng)田及非灌溉農(nóng)田的蒸發(fā)量或蒸發(fā)蒸騰量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述的入滲計算采用Green-Ampt鉛直一維入滲模型和通用Green-Ampt模型進(jìn)行計算，其中所述的Green-Ampt鉛直一維入滲模型用于模擬降雨入滲及超滲坡面徑流。