[發(fā)明專利]一種流域匯流模擬估測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911291750.8
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111062128A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐晗;徐建剛;林蔚;楊帆;陳靜姣;東昆鵬;張翔
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01C5/00;G01C13/00;G01N21/17;G01N33/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發(fā)明涉及一種流域匯流模擬估測方法，引入分布式水文模型，基于下墊面與降雨參數(shù)，模擬流域產(chǎn)流過程。再根據(jù)模擬獲得的產(chǎn)流量以及下墊面參數(shù)，模擬流域匯流過程，從而實(shí)現(xiàn)匯流估測，設(shè)計(jì)中有效體現(xiàn)了流域雨洪過程的空間分布差異與時(shí)間差異，對于小微流域的模擬具有較高的精度；而且方法無需流域出口的水文站歷史數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行雨洪模擬，可以實(shí)現(xiàn)對大范圍流域中任意一點(diǎn)的上游集水區(qū)流域進(jìn)行模擬，具有較高的靈活性與實(shí)用性；同時(shí)設(shè)計(jì)方法完全基于柵格計(jì)算原理進(jìn)行模擬運(yùn)算，運(yùn)算速度快；并且依據(jù)應(yīng)用需求通過調(diào)整柵格數(shù)據(jù)的分辨率可以進(jìn)一步加快模擬運(yùn)算速度，以便于進(jìn)行快速的大量實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種流域匯流模擬估測方法，屬于水文預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著中國海綿城市建設(shè)理念的發(fā)展與轉(zhuǎn)變，海綿城市規(guī)劃開始關(guān)注城市周邊集水區(qū)流 域在降雨時(shí)對城市河道產(chǎn)生的影響。對于山地丘陵地區(qū)，這些地區(qū)流域由于地形復(fù)雜、平 均坡度較大等因素，使得流域內(nèi)降雨所形成的徑流過程具有時(shí)間段、水流強(qiáng)度大等特點(diǎn)， 極易使得下游城市建成區(qū)內(nèi)部河道水位的快速上漲，從而影響城市雨水排放功能，形成洪 澇災(zāi)害。因此模擬暴雨情景下城市周邊集水區(qū)的小微流域的產(chǎn)匯流過程、以及模擬預(yù)測入 城河道斷面的流量變化過程，可以為滯洪濕地、滯洪水庫等大中型海綿體的規(guī)劃建設(shè)提供 有效的數(shù)據(jù)與支持，這就需要引入水文學(xué)領(lǐng)域成熟的流域水文模型。

現(xiàn)有對此的應(yīng)用方法包括傳統(tǒng)單位線法、分布式單位線法、空間分布式匯流時(shí)間方法， 其中，傳統(tǒng)單位線法是由Sherman于1932年提出的一種能夠模擬徑流過程的工具，該工 具基于歷史水文監(jiān)測資料，推算流域在單位時(shí)段內(nèi)均勻分布的單位地面凈雨量在該流域出 口斷面形成的單位徑流過程線。通過應(yīng)用倍比假定與疊加假定解決降雨時(shí)長與凈雨量的差 異，實(shí)現(xiàn)對未來降雨情景下流域出口斷面流量過程線的模擬。傳統(tǒng)單位線法通過對實(shí)測的 流域降雨和徑流單位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、統(tǒng)計(jì)和制圖等常規(guī)技術(shù)的分析處理，就實(shí)現(xiàn)了最 簡單的降雨和徑流的一維過程模擬。但是此方法依舊存在著問題與缺點(diǎn)，該方法是一種集 總式模型，由于其沒有體現(xiàn)流域降雨與下墊面的空間差異性，在小微流域的模擬預(yù)測誤差 較大；而且該方法基于流域出口斷面的實(shí)測徑流資料，無法對于無水文資料的流域進(jìn)行模 擬預(yù)測。

分布式單位線概念是由Maidment提出的，是一種能夠反映流域幾何特征與地形特征 的類單位線法。分布式單位線法通過流域DEM柵格數(shù)據(jù)確定每個(gè)格網(wǎng)單元的流向，使用固 定流速計(jì)算流域內(nèi)各格網(wǎng)單元內(nèi)產(chǎn)生凈流匯流至流域出口的匯流時(shí)間，獲得流域等流時(shí)面 (即在同一時(shí)段內(nèi)匯流至流域出口的格網(wǎng)單元面)，進(jìn)而計(jì)算得到單位線。但是此方法依 舊存在著問題與缺點(diǎn)，該方法沒有表達(dá)流域各單元凈雨量的空間差異性；而且由于采用固 定流速，無法表達(dá)匯流過程中河道流與坡面流的流速差異。

空間分布式匯流時(shí)間方法由謝華、都金康等所提出，該方法利用地表遙感覆蓋信息和GIS作為支持，采用SCS-CN模型表達(dá)了流域凈雨量的空間差異性。并引用國外相關(guān)研究成 果計(jì)算河道流流速與坡面流流速，進(jìn)而得到更為準(zhǔn)確的流域等流時(shí)面。大幅度的提高了模 擬精度。但是此方法依舊存在著問題與缺點(diǎn)，謝華、都金康等的文章中對方法描述較為籠 統(tǒng)，僅簡單的描述了方法的基本思路與概念流程。缺乏對方法中所涉及的因子參數(shù)與計(jì)算 公式做深入的解讀與分析，許多參數(shù)的取值方法依舊未知，難以將方法應(yīng)用于其他流域與 降雨情景中，而且文章中雖然將流域格網(wǎng)單元?jiǎng)澐譃榱撕拥懒髋c坡面流，但并未給出不同 單元的判斷方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種流域匯流模擬估測方法，引入分布式水文模型， 基于城市規(guī)劃中所能獲得的各種相關(guān)圖件資料與電子數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地構(gòu)建基于流域下墊面空 間數(shù)據(jù)，不依賴于水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠高效實(shí)現(xiàn)流域匯流過程的模擬與估測。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種流域匯流模擬估 測方法，用于實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)地區(qū)中流域的匯流估測，包括如下步驟：

步驟A.構(gòu)建目標(biāo)地區(qū)所對應(yīng)的流域下墊面參數(shù)；