[發(fā)明專利]一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111159138.2
• 申請(qǐng)日: 2021-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN113888710A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王加虎;李麗;馮艷;陳理想;李名;左海陽;周炫;孫陽;劉金鋒;牛立強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué);松遼水利委員會(huì)水文局(信息中心)
• 主分類號(hào): G06T17/05
• 分類號(hào): G06T17/05
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

1.一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取黃土溝壑地區(qū)的地形數(shù)據(jù)和降雨數(shù)據(jù)；

基于黃土溝壑地區(qū)的地形數(shù)據(jù)，獲取黃土溝壑地區(qū)地表的傾斜角度，按照地表的傾斜角度對(duì)黃土溝壑地區(qū)進(jìn)行區(qū)域劃分；

根據(jù)黃土溝壑地區(qū)的地形數(shù)據(jù)，分別獲取區(qū)域劃分后各區(qū)域的透水面積數(shù)據(jù)、不透水面積數(shù)據(jù)以及坡面面積數(shù)據(jù)；

以DEM網(wǎng)格分割黃土溝壑地區(qū)，分別建立DEM網(wǎng)格單元的產(chǎn)匯流模型；

分別將各區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)、透水面積數(shù)據(jù)、不透水面積數(shù)據(jù)以及坡面面積數(shù)據(jù)，輸入對(duì)應(yīng)DEM網(wǎng)格單元的產(chǎn)匯流模型中，獲得區(qū)域劃分后各區(qū)域透水面積區(qū)域的產(chǎn)流、不透水面積區(qū)域的產(chǎn)流以及坡面區(qū)域的匯流；

建立各區(qū)域的水力侵蝕模型；

分別將各區(qū)域透水面積區(qū)域的產(chǎn)流、不透水面積區(qū)域的產(chǎn)流、坡面區(qū)域的匯流和降雨數(shù)據(jù)輸入對(duì)應(yīng)區(qū)域的水力侵蝕模型，得到對(duì)應(yīng)區(qū)域的產(chǎn)沙量；

疊加各區(qū)域的產(chǎn)沙量，獲得黃土溝壑地區(qū)的產(chǎn)沙量。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，所述分別將各區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)、透水面積數(shù)據(jù)、不透水面積數(shù)據(jù)以及坡面面積數(shù)據(jù)，輸入對(duì)應(yīng)DEM網(wǎng)格單元的產(chǎn)匯流模型中，獲得區(qū)域劃分后各區(qū)域透水面積區(qū)域的產(chǎn)流的步驟，包括：

獲取各區(qū)域透水面積區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)，提取透水面積區(qū)域的降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

根據(jù)黃土溝壑地區(qū)的降雨數(shù)據(jù)，采用Horton下滲方程獲得下滲強(qiáng)度數(shù)據(jù)；

進(jìn)行降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)和下滲強(qiáng)度數(shù)據(jù)的數(shù)值大小對(duì)比，若降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)大于下滲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，則輸出透水面積區(qū)域的產(chǎn)流為降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)與下滲強(qiáng)度數(shù)據(jù)的差值；若降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)不大于下滲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，則輸出透水面積區(qū)域的產(chǎn)流為0。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，所述分別將各區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)、透水面積數(shù)據(jù)、不透水面積數(shù)據(jù)以及坡面面積數(shù)據(jù)，輸入對(duì)應(yīng)DEM網(wǎng)格單元的產(chǎn)匯流模型中，獲得區(qū)域劃分后各區(qū)域不透水面積區(qū)域的產(chǎn)流的方法包括：

R(t)＝P(t)-E(t)

其中，R(t)表示降雨徑流深，P(t)表示每個(gè)DEM柵格上的降雨過程,E(t)表示對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)過程。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，所述分別將各區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)、透水面積數(shù)據(jù)、不透水面積數(shù)據(jù)以及坡面面積數(shù)據(jù)，輸入對(duì)應(yīng)DEM網(wǎng)格單元的產(chǎn)匯流模型中，獲得區(qū)域劃分后各區(qū)域坡面區(qū)域的匯流的步驟，包括：

獲取各區(qū)域的坡面區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)；

根據(jù)坡面區(qū)域的降雨數(shù)據(jù)，建立圣維南方程組描述坡面區(qū)域的水流運(yùn)動(dòng)；

求解圣維南方程組，得到坡面區(qū)域的匯流結(jié)果。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，所述求解圣維南方程組，得到坡面區(qū)域的匯流結(jié)果的步驟，包括：

根據(jù)達(dá)西定律和曼寧公式，將圣維南方程組轉(zhuǎn)化為一階擬線性坡面流偏微分方程；

采用Preissmann四點(diǎn)隱式差分求解一階擬線性坡面流偏微分方程；

采用牛頓迭代法獲得一階擬線性坡面流偏微分方程中的未知量，得到圣維南方程組的結(jié)果；

輸出圣維南方程組的結(jié)果作為坡面區(qū)域的匯流結(jié)果。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于DEM的動(dòng)力學(xué)流域產(chǎn)沙量模擬方法，其特征在于，所述基于黃土溝壑地區(qū)的地形數(shù)據(jù)，獲取黃土溝壑地區(qū)地表的傾斜角度，按照地表的傾斜角度對(duì)黃土溝壑地區(qū)進(jìn)行區(qū)域劃分，將黃土溝壑地區(qū)劃分為梁峁坡區(qū)域、溝谷坡區(qū)域和溝槽區(qū)域。