[發明專利]一種考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法

有效

• 申請號: 202010885571.3
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111931440B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 劉歡;胡鵬;王建華;楊澤凡;曾慶慧;楊欽;慕星
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李瑾;李連生

1.一種考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法，其特征在于：所述方法包括四個部分：地表積水深確定、坡面動態匯流路徑確定、坡面多流向水量分配權重確定和坡面多流向漫流水量確定，各部分的具體步驟如下：

地表積水深確定：

步驟一：獲取研究區內氣象站點在模擬期內的氣象數據，所述氣象數據包括逐日降水、氣溫、風速、日照、濕度，選擇參證氣象站，利用反距離平方加權插值算法將參證氣象站點的氣象數據空間展布到研究區模擬柵格單元上；

步驟二：采用Green-Ampt入滲模型模擬計算柵格單元的降雨日累計入滲量；

步驟三：利用Penman公式模擬計算柵格單元地表當日最大可蒸發量；

步驟四：利用水量平衡方程計算模擬單元日積水深，計算公式如下：

式中，H為日積水深/mm；H₀為當日初始積水深/mm；P為當日降水深/mm；E為當日最大可蒸發量/mm；F為降雨日累計入滲量/mm；

坡面動態匯流路徑確定的具體步驟：

步驟1：以日為匯流模擬時段，賦予研究區內每個模擬柵格單元5個基本屬性：坐標x、坐標y、地形高程z、日積水深H、是否已參與匯流計算；已參與匯流計算標記為ture，否則標記為False；

步驟2：逐匯流模擬時段內，引入當前模擬柵格單元日積水深H，將其與模擬柵格單元的地形高程z相加，以此作為坡面漫流、河道匯流和漫溢計算所需的“虛擬高程”，記作DH；

步驟3：遍歷模擬柵格單元，尋找DH最大值所在的模擬柵格單元，確定流向和出流量，然后更新模擬柵格單元的DH，并將結束匯流的模擬柵格單元標記為True，即表示本時段內該柵格不再參與匯流計算；

步驟4：逐次遍歷，直至所有模擬柵格單元的匯流路徑和出流量全部計算完成；

坡面多流向水量分配權重確定的具體步驟：

步驟1)：比較模擬柵格單元和該單元相鄰的8個柵格單元的DH大小，若模擬柵格單元DH大于相鄰柵格單元，則認為水流流向相鄰柵格單元，模擬柵格單元的水流應向鄰域中所有DH較低的方向進行分配，由此對流向進行編碼；

步驟2)：結合地表曼寧糙率，確定模擬柵格單元在臨近多個DH較低柵格單元上的水量分配權重；

坡面多流向漫流水量確定的具體步驟：

步驟Ⅰ：使用運動波模型計算水流流出柵格單元在本匯流時段內的流量，記為可出流量；計算公式如下：

S_f＝S₀ (20)

式中，A為過流斷面面積，單位為m²；Q為斷面流量，單位為m³/s，即為可出流量；q_L為單寬流入量，單位為m³/s/m；S_f為摩擦比降；S₀為地面坡降或河道坡降；R為過流斷面水力半徑，單位為m；n為坡面曼寧糙率系數；t為時間；x為河段長度；

步驟Ⅱ：計算水流流出柵格單元與流入柵格單元“虛擬高程”出現持平時的出流量d_c，以此作為所述水流流出柵格單元在本匯流時段的最大出流量；

步驟Ⅲ：取Q與d_c兩者之間的較小值作為單元出流量最終模擬值，并按水量分配權重對各方向單元流入量進行修正。

2.根據權利要求1所述的考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法，其特征在于：步驟一中利用反距離平方加權插值算法將參證氣象站點的氣象數據空間展布到研究區模擬柵格單元上，計算公式如下：

式中，z和M分別表示氣象站的高程和氣象數據值，dM/dz為氣象數據隨高程增加的線性變化率；m表示參證氣象站點的總數；D和D_i分別為模擬柵格單元和第i個參證氣象站點的氣象數據值；z₀和z_i分別為模擬柵格單元和第i個參證氣象站點的高程；λ_i為第i個參證氣象站點所占權重；x₀和x_i分別為模擬柵格單元和第i個參證氣象站點的橫坐標；y₀和y_i分別為模擬柵格單元和第i個參證氣象站點的縱坐標；d_i為模擬柵格單元和第i個參證氣象站點的平面距離。