[發明專利]一種坡面水沙過程耦合模擬方法

有效

• 申請號: 201611161450.4
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106599473B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 龔家國;王浩;賈仰文;周祖昊;劉佳嘉;王英;牛存穩
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;李富華

1.一種坡面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：建立數字化坡面的步驟：用于以高分辨率格柵DEM數據為基礎，使用ArcGIS水文模塊為工具，采用D8法，建立以格柵為基本計算單元的坡面水文過程計算所需的地形數據、匯流關系數據文件；

步驟2：建立侵蝕地形數據文件的步驟：用于以地形數據、匯流關系數據文件為基礎，建立坡面侵蝕與泥沙輸移過程計算所需的侵蝕地形數據文件，過程如下：不同侵蝕地貌的坡面分布密度運用不同侵蝕輸沙規律；使用不同土地條件下細溝密度概念進行等高帶內淺溝侵蝕計算；具體模擬過程中假定面蝕水流在整個計算單元內發生，計算單元內依據土地利用的不同，分別給出相對于裸地的衰減系數；細溝侵蝕過程模擬中細溝尺寸依據不同土地利用類型按面積比進行概化；根據具體的地形條件決定是否發生淺溝和切溝侵蝕及溝道數量；概化典型侵蝕地貌單元的斷面參數及其發生的臨界地形和水動力學條件；

步驟3：數據收集與處理的步驟：用于收集模擬區域內及其附近的水文、氣象、植被、土壤、土地利用、水土保持措施數據，其中水文氣象數據包括降雨、平均風速、平均氣溫、日照時數、空氣相對濕度，對收集到的數據按照模擬計算所需的時間步長進行處理和空間匹配處理；所述的空間匹配處理為：首先將上述數據進行空間差值和展布，形成覆蓋模擬區域的空間分布數據，然后與數字化坡面的計算單元即格柵進行匹配；

以上步驟1-3是針對整個模擬區域進行的地形的數字化和數據的處理；以下步驟4-7則是針對格柵進行的計算和模擬；從坡面頂端的格柵開始，當當前格柵計算完成后則對該格柵下游的格柵進行計算和模擬，從坡頂一直計算到坡底；

步驟4：水沙計算的步驟：用于輸入變量參數，進行坡面水文過程計算、坡面侵蝕與泥沙輸移過程計算，所述變量參數包括模型率定參數或應用參數：

步驟4-1：所述的坡面水文過程計算為：輸入變量參數，按照匯流關系數據文件，進行當前格柵中坡面水文過程計算，包括：蒸發蒸騰、入滲、地表徑流、壤中徑流、坡面匯流、積雪融雪計算，如果存在上游格柵則接收上游格柵的變量參數，加入到計算中；

步驟4-2：所述的坡面侵蝕與泥沙輸移過程計算為：輸入變量參數，進行當前格柵中坡面侵蝕與泥沙輸送和移動過程的模擬和計算，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，如果存在上游格柵則接收上游格柵的變量參數，加入到計算中；

步驟5：判斷的步驟：用于根據匯流關系數據文件給定的計算關系，進行過程計算和決定是否輸出當前計算結果，如果“是”則進入“步驟7：模型參數的率定和模型驗證的步驟”，表示達到了匯流關系文件給定的計算關系的要求；如果“否”則進入“步驟6：傳遞變量參數的步驟”，表示沒有達到匯流關系文件給定的計算關系的要求,繼續計算；

步驟6：傳遞變量參數的步驟：用于收集當前柵格模擬計算所獲得的變量參數，并攜帶這些變量參數回到“步驟4：水沙計算的步驟”，繼續進行下游柵格的水沙計算，將變量參數向下一個格柵傳遞；步驟7：模型參數的率定和模型驗證的步驟：如果“步驟4：水沙計算的步驟”輸入的變量參數為模型率定參數，則通過計算偏差對水沙計算的準確度進行評價，以率定模型是否符合真實情況，并不斷的調整變量參數并回到“步驟4：水沙計算的步驟”進行計算，同時不斷的進行偏差計算和比較，使模型計算與實際情況的偏差達到最小，并進行模型的驗證；如果“步驟4：水沙計算的步驟”輸入的變量參數為應用參數則進入步驟8；步驟8：結束的步驟：用于匯集坡底所有格柵的數據，形成坡底的匯流水沙過程，并輸出，結束計算過程。