[發(fā)明專利]一種適用于混合產(chǎn)流區(qū)的陸面水文模式的建立方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110828704.8
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113283126B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉佳;李傳哲;王維
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01C13/00
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 馬棟敏

本發(fā)明提供一種適用于混合產(chǎn)流區(qū)的陸面水文模式的建立方法，包括采用雙預(yù)熱方式開展數(shù)值大氣模式WRF模擬和/或預(yù)報,獲得氣象驅(qū)動場；構(gòu)建WRF?Hydro?DQH陸面水文模式產(chǎn)流模塊；構(gòu)建WRF?Hydro?DQH陸面水文模式匯流模塊；編譯運(yùn)行WRF?Hydro?DQH陸面水文模式；調(diào)整校正所述WRF?Hydro?DQH陸面水文模式的參數(shù)；進(jìn)行所述數(shù)值大氣模式WRF與校正后的所述WRF?Hydro?DQH陸面水文模式在混合產(chǎn)流區(qū)的水文變量耦合模擬和/或預(yù)報。本發(fā)明提出一種適用于混合產(chǎn)流區(qū)的陸面水文模式的建立方法，基于近兩年國際關(guān)注度高的WRF?Hydro模式無法準(zhǔn)確模擬/預(yù)報具有區(qū)域特性的水文過程現(xiàn)狀，針對混合產(chǎn)流區(qū)的產(chǎn)匯流機(jī)理，對模式系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了陸面水文模式在我國混合產(chǎn)流區(qū)上的模擬精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文氣象的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種適用于混合產(chǎn)流區(qū)的陸面水文模式的建立方法。

背景技術(shù)

WRF-Hydro作為近年來逐漸被國際關(guān)注的陸面水文模式，隨著模式系統(tǒng)研發(fā)，其可服務(wù)應(yīng)用于包括陸氣耦合研究、山洪災(zāi)害預(yù)測、區(qū)域水文氣候影響評估、水資源季節(jié)性預(yù)報、水資源調(diào)度等多個水文氣象環(huán)節(jié)。雖然如此，其在降雨產(chǎn)流機(jī)制描述上，在研發(fā)之處由于需要考慮到大尺度的模擬要求，缺少針對區(qū)域或局部特性上的技術(shù)支撐，因此在模擬時，相應(yīng)的模擬效果因地域而差異較大。尤其在混合產(chǎn)流區(qū)模擬時，誤差會被放大。針對超滲產(chǎn)流區(qū)暴雨洪水突發(fā)性強(qiáng)，匯流時間快等特點(diǎn)，并沒有一種適用于混合產(chǎn)流區(qū)的陸面水文模式。

當(dāng)前水文模型對超滲與蓄滿混合產(chǎn)流機(jī)制的概化與實際仍有較大差異。迄今為止，識別復(fù)雜降雨產(chǎn)流過程下超滲產(chǎn)流和蓄滿產(chǎn)流機(jī)制，并構(gòu)建混合產(chǎn)流模型仍是水文模擬研究的一個薄弱環(huán)節(jié)。無論是概念性，還是半分布式再到全分布式的各種模型，受處理空間范圍、模擬時間尺度和不同的模擬用途產(chǎn)生了不同的混合產(chǎn)流模型結(jié)構(gòu)。比如：薩克拉門托模型（SAC）用變動透水面積以及飽和下滲率反映超滲和蓄滿產(chǎn)流機(jī)制；包為民等提出的垂向混合徑流模型（VMM）將超滲與蓄滿過程在垂向上進(jìn)行了結(jié)合；改進(jìn)的廣義流域負(fù)荷函數(shù)模型（GWLF）通過用函數(shù)方程取代固定的“傳導(dǎo)系數(shù)”來更好地估計干旱地區(qū)和潮濕地區(qū)的水文狀況；可變下滲與新安江組合模型（VXM）將VIC下滲方程融合到新安江模型蓄滿產(chǎn)流結(jié)構(gòu)；河北雨洪模型（HBM）采用先超后蓄的混合產(chǎn)流結(jié)構(gòu)，在下滲中對Horton經(jīng)驗方程進(jìn)行改進(jìn)并考慮了表層土壤含水量對下滲量的影響；VIC-3L模型引入下滲與蓄滿曲線，假設(shè)非蓄滿面積上發(fā)生超滲產(chǎn)流；WRF-Hydro的簡單水平衡產(chǎn)流方案（SIPM）中使用基于土壤水力實驗的經(jīng)驗公式配合Richards方程去描述混合產(chǎn)流機(jī)制。

對于上述具有混合產(chǎn)流結(jié)構(gòu)的模型，VMM模型考慮了局部產(chǎn)流問題，使用了下滲能力和蓄滿能力曲線表達(dá)產(chǎn)流的空間分布，忽略了地表和地下兩個過程之間的空間可變土壤水交互過程；SAC模型成功地將超滲、蓄滿過程（基于具有不同蓄水量的兩個土壤層結(jié)構(gòu)）與Horton下滲方程（用于估算從上層到下層的下滲）耦合在一起，但卻忽略了超滲、蓄滿過程中的局部產(chǎn)流問題；GWLF、VXM和HBM也存在類似的結(jié)構(gòu)缺陷，這一定程度上由概念性的模型結(jié)構(gòu)決定。與此相比，網(wǎng)格化的分布式水文模型在表征水文變量的空間異質(zhì)性上有自身的優(yōu)勢，但也受制于模型自身結(jié)構(gòu)，例如分布式的VIC-3L雖然能夠解決局部產(chǎn)流以及不同產(chǎn)流界面之間的交互，卻沒有提供完整的產(chǎn)流過程模塊，缺乏壤中流的側(cè)向運(yùn)移過程。陸面模式與水文耦合似乎是最符合的求解方案，但容易被忽視的是陸面模式與水文模型在描述問題側(cè)重點(diǎn)的不同決定了其耦合尺度并不一致。以往陸面模式一般耦合在氣候模式中，對產(chǎn)流結(jié)果的精度要求較低，這也導(dǎo)致產(chǎn)流結(jié)構(gòu)多通過單一的超滲或蓄滿去實現(xiàn)產(chǎn)流描述。WRF-Hydro是少數(shù)的考慮混合產(chǎn)流機(jī)制的陸面水文耦合模式。目前極少數(shù)研究考慮了土壤結(jié)構(gòu)對土壤水力性質(zhì)的影響，局部水力實驗參數(shù)在模式中的應(yīng)用效果仍有待探究。拋開系統(tǒng)復(fù)雜度，WRF-Hydro中通過土壤水力實驗參數(shù)對下滲過程的表述會影響模式對產(chǎn)流過程的模擬效果，并在模式不同模塊調(diào)用中被持續(xù)放大。

發(fā)明內(nèi)容