[發(fā)明專利]一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710095169.3
• 申請(qǐng)日: 2017-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN106874605B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甘永德;賈仰文;劉歡;龔家國;牛存穩(wěn);仇亞琴;郝春灃;杜軍凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華;李桂玲

本發(fā)明涉及一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法，包括：山坡計(jì)算單元?jiǎng)澐郑凰臍庀髷?shù)據(jù)展布；植被截留計(jì)算；入滲及水分再分布過程計(jì)算；壤中流計(jì)算；地表匯流過程計(jì)算。本發(fā)明考慮了片麻巖土石山區(qū)廣泛存在土石二元混合介質(zhì)和大孔隙優(yōu)先流，一方面引入碎石形狀系數(shù)ε和碎石質(zhì)量比系數(shù)R_v量化了土石二元混合介質(zhì)對(duì)山坡水循環(huán)過程的影響；另一方面基于山坡計(jì)算單元?jiǎng)澐郑瑢⒂?jì)算單元分為大孔隙優(yōu)先流區(qū)和基質(zhì)區(qū)，進(jìn)行兩流區(qū)水循環(huán)過程計(jì)算。基于上述改進(jìn)，提出了一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法。本發(fā)明使片麻巖土質(zhì)的山坡水文過程模擬更加精確，更接近實(shí)際。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法，是一種水文模擬方法，是一種針對(duì)片麻巖山區(qū)的水循環(huán)過程的模擬方法。

背景技術(shù)

分析片麻巖土石山區(qū)山坡水文過程內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)山坡水文過程模擬，是認(rèn)識(shí)片麻巖土石山區(qū)山坡水資源評(píng)價(jià)、管理、水土保持等領(lǐng)域的基礎(chǔ)。片麻巖土石山區(qū)山坡水文過程異于平原區(qū)，也異于石灰?guī)r地區(qū)、花崗巖地區(qū)等堅(jiān)硬基巖分布區(qū)域山坡水文過程。片麻巖土石山區(qū)山坡地區(qū)土層較薄、土壤存在分層且土壤內(nèi)廣泛分布著土石二元混合介質(zhì)；土壤下部下覆巨厚片麻巖基巖，片麻巖基巖具有很強(qiáng)導(dǎo)水性和持水性（相較于花崗巖、石灰?guī)r等堅(jiān)硬巖石），導(dǎo)致片麻巖土石山區(qū)山坡在連續(xù)降雨或強(qiáng)降雨條件下，入滲、產(chǎn)流、蒸散發(fā)和土壤水分運(yùn)動(dòng)等過程異于平原地區(qū)，異于石灰?guī)r等堅(jiān)硬巖石分布區(qū)。當(dāng)前，山坡水文模型均未考慮片麻巖土石山區(qū)水文特征對(duì)山坡水文過程影響，導(dǎo)致模型出現(xiàn)模擬失真、精度不高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法。考慮到土壤內(nèi)存在大量優(yōu)先流孔隙，將土壤層分為基質(zhì)流區(qū)和優(yōu)先流區(qū)，兩區(qū)土壤入滲及水分再分布均采用改進(jìn)的理查茲方程（Richards equation）計(jì)算，土壤壤中流采用改進(jìn)后的動(dòng)力波方程（Saint-Venant equation）計(jì)算，地表匯流采用動(dòng)力波方程（Saint-Venant equation）計(jì)算。鑒于土壤內(nèi)含有大量片麻巖分化碎石，基質(zhì)流區(qū)計(jì)算中，引入碎石質(zhì)量比系數(shù)R_v來描述碎石對(duì)土壤含水量的影響；引入碎石質(zhì)量比系數(shù)R_v和形狀系數(shù)ε來描述碎石對(duì)土壤導(dǎo)水系數(shù)的影響。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種片麻巖土石山區(qū)山坡尺度水文過程模擬方法，所述方法的計(jì)算過程如下：

山坡計(jì)算單元?jiǎng)澐郑翰捎玫攘鲿r(shí)線法將山坡劃分為若干基本計(jì)算單元；

計(jì)算單元垂直剖面劃分：根據(jù)山坡植被、土壤和巖石特性，在基本計(jì)算單元內(nèi)分為4層：植被冠層截留層、地表儲(chǔ)留層、土壤層和基巖層；植被截留層又可細(xì)分為：高植被截留層和矮植被儲(chǔ)留層、草地層和裸地；土壤層進(jìn)一步分為均質(zhì)土壤層、土石二元混合介質(zhì)層；考慮到片麻巖基巖層內(nèi)廣泛分布著構(gòu)造節(jié)理，且片麻巖本身具有一定持水性和透水性，進(jìn)一步將基巖層分為基質(zhì)流區(qū)和優(yōu)先流區(qū)。

計(jì)算單元內(nèi)狀態(tài)變量包括：植被冠層截留量、洼地儲(chǔ)留量、枯枝落葉儲(chǔ)留量、土壤含水量；主要參數(shù)包括：植被最大截留深、洼地最大儲(chǔ)留深、枯枝落葉干重、土壤導(dǎo)水系數(shù)、土壤水分特征曲線、土壤含水量、各層土壤厚度、土石二元混合介質(zhì)碎石質(zhì)量比系數(shù)、基巖層厚度、坡面糙率；

計(jì)算單元水文過程計(jì)算，包括水文氣象數(shù)據(jù)展布、降雨期間產(chǎn)匯流過程計(jì)算、非降雨期間產(chǎn)匯流過程計(jì)算等。

水文氣象數(shù)據(jù)展布，包括水文氣象過程空間尺度展布和降雨時(shí)間降尺度展布：

采用泰森多邊形法和反距離加權(quán)平均法進(jìn)行流域內(nèi)氣象數(shù)據(jù)的空間展布，包括降雨、氣溫、風(fēng)速、空氣濕度、凈輻射，計(jì)算公式如下：