[發(fā)明專利]基于SWAT模型的流域天然徑流計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710538512.7
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107403036B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘平安;陳佳蕾;劉暢;張宇;付吉斯
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 竇賢宇

本發(fā)明公開了一種基于SWAT模型的流域天然徑流計算方法，包括以下步驟：建立流域SWAT模型；基于SUFI?2方法對天然子流域確定參數(shù)值并驗證其正確性；建立各子流域參數(shù)與天然子流域參數(shù)相關(guān)關(guān)系；輸入?yún)?shù)，通過SWAT模型計算流域天然水資源量。本發(fā)明充分利用了能反映流域天然徑流情況的天然子流域的徑流資料，建立典型子流域參數(shù)與下墊面變化劇烈的子流域參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而將不確定性較低的參數(shù)展布到其他地區(qū)，提高整個目標(biāo)流域天然徑流模擬值的可靠性。同時，本發(fā)明也為天然徑流的計算提供了新方法、新思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然徑流計算領(lǐng)域，尤其涉及一種基于SWAT模型的流域天然徑流計算技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，許多流域的下墊面發(fā)生了變化。工農(nóng)業(yè)取水、生活取水、地下水開采等人類活動使得實際測得的徑流已然無法代表無人類活動影響下的天然徑流。計算流域天然徑流是流域水資源評價、水資源配置的基礎(chǔ)，只有了解流域真實的天然產(chǎn)流，才能談及合理利用。

計算天然徑流的方法有很多，利用分布式水文模型模擬天然徑流是方法之一。SWAT模型是考慮了流域整個產(chǎn)匯流物理過程的分布式水文模型，通過輸入流域的氣候數(shù)據(jù)、土壤分布數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，模擬整個流域的水流運(yùn)動。SWAT模型可以很好的應(yīng)用于流域天然徑流的模擬，有效解決上述下墊面變化以及人類取用水活動影響監(jiān)測徑流的問題。

目前，利用SWAT模型模擬天然徑流存在以下不足：(1)模型自帶參數(shù)值確定功能效率低。SWAT模型自帶的參數(shù)值確定及敏感性分析功能效率較低、運(yùn)算時間長。(2)參數(shù)值的不確定性大。由于天然徑流難以測得，相應(yīng)的歷史水文數(shù)據(jù)缺乏，導(dǎo)致模型模擬的參數(shù)值存在很大的不確定性，進(jìn)而導(dǎo)致模擬精度低下，模擬的徑流依然無法代表天然徑流。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過搜集DEM、土地利用和土壤等資料，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上，對目標(biāo)流域建立了流域SWAT模型。對流域中的天然子流域確定了相關(guān)模型參數(shù)值并驗證其合理性，然后建立了天然子流域參數(shù)與其他子流域參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，最后基于參數(shù)值確定后的模型計算流域的天然徑流，提出了一種基于SWAT模型的流域天然徑流計算方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于SWAT模型的流域天然徑流計算方法，包括以下步驟：

步驟1，建立流域SWAT模型，構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

步驟2，基于SUFI-2方法對天然子流域確定參數(shù)值并驗證其正確性；

步驟3，建立其余各子流域參數(shù)與天然子流域參數(shù)相關(guān)關(guān)系；

步驟4，輸入?yún)?shù)，通過SWAT模型計算流域天然水資源量。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面：所述步驟2的天然子流域為受人類活動影響小于預(yù)期值、具備歷史實測徑流資料的子流域，參數(shù)確定及驗證的范圍僅為天然子流域。所述步驟3的相關(guān)關(guān)系是將其余個子流域的下墊面情況以及是否與天然子流域接壤指標(biāo)化，通過指標(biāo)計算其余各子流域參數(shù)值。步驟4中的所述輸入?yún)?shù)是代表天然狀況下模型的參數(shù)。

進(jìn)一步地，提供一種基于SWAT模型的流域天然徑流計算方法，包括以下步驟：

步驟1，建立流域SWAT模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)資料、土地利用資料、土壤空間分布資料、氣象資料和水文資料；上述數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)清理、格式統(tǒng)一化處理和投影變換后添加到模型中；其中，空間數(shù)據(jù)資料、土地利用資料和土壤空間分布資料需要將其圖層本身的地理坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)系統(tǒng)；

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立完成后，利用DEM圖提取流域水系；根據(jù)設(shè)定的子流域面積范圍與子流域進(jìn)出口的位置等進(jìn)行子流域的劃分；根據(jù)不同的下墊面情況，進(jìn)一步劃分水文響應(yīng)單元HRUs；