[發明專利]一種基于自然子流域的通用流域水循環模擬計算方法

有效

• 申請號: 202011463721.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112651189B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 楊開斌;夏建榮;韓兵;劉陽容;盧鵬;周鵬程
• 申請（專利權）人: 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 昆明盛鼎宏圖知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53203
• 代理人: 王輝

本發明涉及一種基于自然子流域的通用流域水循環模擬計算方法，本發明以自然子流域作為產流、坡面匯流的計算單元，各個子流域的面雨量輸入采用本次發明的高容錯面雨量計算方法計算得到。而各個子流域可采用不同的產匯流模型以充分反映氣候、下墊面特性，子流域之間通過拓撲關系模型及水動力學模型實現河網匯流，最終計算得到各個子流域出口斷面的流量過程。對于跨流域引調水工程影響，則概化為上游流量過程輸入邊界下，單一河道流量演進對于最鄰近下游子流域出口出流的增減影響。本發明可為流域水資源分析計算、流域水資源優化配置提供有力的理論及技術支撐。

技術領域

本發明屬于流域水循環模擬分析領域，更具體地，涉及一種模仿流域天然產匯流結構特性，可適應流域不同氣候、下墊面分布條件，可定量分析跨流域引調水工程影響的流域水循環模擬計算方法。

背景技術

目前在流域水循環模擬分析領域，基于雨量站計算單元進行流域水循環模擬計算方法得到廣泛應用。該方法根據流域地形、地貌條件及布設的雨量站網，用泰森多邊形法將研究流域劃分為若干個雨量站計算單元，每個計算單元對應于相應雨量站的泰森多邊形，計算面積即為泰森多邊形所占面積，并認為單元內降雨輸入可由相應雨量站雨量過程代表。對每個計算單元采用水文模型分別進行蒸散發計算、產流計算及坡面匯流計算，得到計算單元的出流過程；將單元面積的出流過程用馬斯京根分段連續演算法進行出口以下的河道匯流演算，求得單元面積在流域出口的流量過程線；將每個單元面積在流域出口的流量過程線性疊加，即得到研究流域出口斷面的流量過程。

該方法計算邏輯簡單，計算量較小，成果也能有一定精度，因此在水文預報、水循環模擬計算等領域得到廣泛應用。

但該方法存在以下無法忽視的問題：

(1)所有雨量站計算單元均采用同一套產流、坡面匯流計算方法計算單元出口出流過程，但實際上單元出口位置無法得知，無法得到流域內有意義的分區流量成果，更重要的是每個雨量站計算單元僅具有空間統計意義，而缺乏集水單元的物理意義。對于研究流域內氣候、下墊面條件存在明顯差異的情況，沒有理論基礎也無法針對特定雨量站計算單元選擇不同的產流、坡面匯流計算方法來適應流域這種空間差異性，影響了水循環模擬計算的精度，也影響了方法的通用性、實用性。

(2)此外，對于各個雨量站計算單元的出流過程，采用馬斯京根法進行河道匯流，疊加得到研究流域出口出流的方法，存在著因為使用的是虛擬河道而不是實際河道從而導致的河網匯流物理意義不足的問題，也進一步影響了水循環模擬計算的精度。

(3)再有，該方法由于無法進行匯水節點及實際河道的有效表達，無法處理當流域內存在跨流域引調水工程時引調水影響的定量分析計算問題，也進一步影響了方法的通用性、實用性。

發明內容

針對現有基于雨量站計算單元進行流域水循環模擬計算方法在實際應用中的實用性、通用性不高，計算精度有限的問題，提出一種基于自然子流域的通用流域水循環模擬計算方法，該方法以自然子流域作為產流、坡面匯流的計算單元，各個子流域的面雨量輸入采用本次發明的高容錯面雨量計算方法計算得到。而各個子流域可采用不同的產匯流模型以充分反映氣候、下墊面特性，子流域之間通過拓撲關系模型及水力學模型實現河網匯流，最終計算得到各個子流域出口斷面的流量過程。對于跨流域引調水工程影響，則概化為上游流量過程輸入邊界下，單一河道流量演進對于最鄰近下游子流域出口出流的增減影響。本發明解決了原有方法無法針對性考慮流域內不同水文氣候條件的子單元產匯流計算、河網匯流缺乏物理意義導致計算精度不高、無法定量化分析跨流域來水/出流對流域水循環的影響的三大問題，可為流域水資源分析計算、流域水資源優化配置提供有力的理論及技術支撐。

具體技術解決方案如下：

(1)高容錯面雨量計算方法解決自然子流域面雨量計算問題

對各自然子流域劃分正方形網格，各網格以有效面積占自然子流域面積的比例為權重，自然子流域面雨量采用下式計算得到。