[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

本發明涉及一種考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法，包括：地表積水深的確定、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。本發明針對平原洼地區地表起伏小，積水面積大、變化快的特點，實現了對地表積水深動態變化及其與周邊單元的水量流入流出關系轉化的準確刻畫，解決了常規數字高程模型應用失真的問題，精細模擬了坡面多流向漫流過程，有效改善了平原低洼區地表產匯流過程模擬。該方法面向平原洼地區水文模擬，相關結果可為平原洼地區水文模型構建與應用提供基礎支撐。

技術領域

本發明涉及水利工程技術領域，尤其涉及平原低洼區地表產匯流過程模擬，具體為一種考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法。

背景技術

平原低洼區具有地勢低平、地表水流流向隨機的特點，流向多不單一且不固定，易受地表積水變化影響而發生改變，長期以來對平原低洼區地表產匯流過程的準確模擬是個難題。為此，坡面多流向漫流理論被提出并不斷完善，其基本思想是認為水流應向鄰域中所有高程較低的方向進行分配。目前，相關理論方法均是依靠常規數字地形數據(一般為數字高程模型“DEM”)，研究坡度、地表形態、粗糙度等對地表水流多流向流量分配的影響。然而，從平原區特別是平原濕地沼澤區來說，當地洼地星羅棋布，地表起伏小，積水面積大、變化快，采用傳統不變的數字高程模型(DEM)難以準確反映地形地貌變化，會對流向和流量確定產生較大的干擾，影響地表產匯流過程模擬效果。以洼地蓄滯水過程為例，隨著洼地積水，水流流出單元與匯入單元間的水力梯度逐漸得到消弭，直接影響到單元出流水量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，在于克服現有平原低洼區坡面多流向漫流過程模擬技術存在的缺陷，構建考慮地表積水深度變化的動態數字地形，并基于此創造性提出包含坡面動態匯流路徑確定和多流向漫流水量計算的坡面匯流計算方法。該發明可有效刻畫平原洼地積水變化及其對地表產匯流過程的影響，提高平原低洼區地表產匯流過程模擬精度。

本發明的目的是這樣實現的：

一種考慮地表積水深變化的坡面多流向漫流分析方法，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；