[發明專利]一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法

在審

• 申請號: 202210180686.1
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114722694A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 陳文君;賀斌;蘇慧;曾岳;馬樂軍;徐尚瑜
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F111/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

本發明公開了一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法，該方法包括：S1、獲取流域內的基礎數據和水文氣象數據；S2、構建凸顯水塘之間蓄滿溢流、水量輸送的水塘水量平衡方程；S3、以完成初步率定的原始HSPF模型為基礎，將HSPF模型中水塘水量平衡方程表征的水體模擬模塊RCHRES與陸面水量平衡模塊PWATER集成，形成初始流域水文模型；S4、對初始流域水文模型中的參數R和r_k進行率定，得到最終流域水文模型，進行面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬。該方法將溝渠連通靜態特征嵌入水塘水量平衡方程、水量輸送參數率定，以此模擬多水塘蓄滿溢流的動態特征，為流域水資源管理、面源污染防治等提供精細化的數據支撐。

技術領域

本發明屬于地球物理學流域水文模型模擬技術領域，具體涉及一種面向多水 塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法。

背景技術

流域水文模型以DEM、土壤、土地利用、水文氣象資料等為輸入，以校準、 模擬流域出口斷面的流量為目標，是研究流域產匯流過程的有效工具。在流域范 圍內，通常存在多個小而分散的水塘。這些水塘由溝渠連接形成濕地系統，通過 流域內自上而下、串并聯混合的水系空間結構，提供著水源涵養、徑流調節、水 質凈化等生態系統服務功能。其中，水塘之間通過溝渠連接形成的蓄滿溢流動態 過程，是多水塘區別于單水塘的核心特征?，F有流域水文模型通常采用“概化歸 并”的集總式思想，匯總子流域，或者水文響應單元(HRU)中所有水塘，并 通過水量平衡計算其總進出水量。無法體現各個水塘具體的水文特征以及彼此之 間的差異。部分模型將水塘看作河道，以“固化連通”的方式，將其嵌入子流域 產匯流體系。由于DEM與匯流算法的誤差，該方法難以完整覆蓋水塘之間、水 塘至河道亞米級的溝渠連通路徑，更無法反映農事活動、微地形改造等對水量輸 送的動態影響。此外，也有模型對流域水文過程中水塘的建模方式進行了針對性 改進。其中，一種是在水量平衡方程中增設水塘與外部地塊的水量輸送，但是由 于沒有明確水塘在產匯流體系中的空間位置，需要經驗性的指定該連通關系；另 一種是面向子流域單元，顯式刻畫內部各水塘的空間位置與徑流影響，但是仍然 難以體現單塘蓄滿后，通過溝渠分別向下游水塘、河道的水量輸送動態過程，以 及其中的比例分配關系。此外，上述水塘蓄滿溢流、水量輸送的動態過程是在地 形起主導作用的溝渠連通靜態路徑的基礎上，由實際降雨條件、臨時微地形改造、 人為取用水條件綜合決定，進而形成的。2020年公開在Water Research期刊上的 論文《Exploring the multiscale hydrologic regulation of multipond systems in ahumid agricultural catchment》中模擬了水量輸送的動態過程，但是其中物理量的求解并 非建立在溝渠靜態路徑的基礎之上，而是完全依賴流域出口流量、水塘水位這兩 種物理量的多目標參數率定，存在部分結果失真的情況(例如，該論文結果圖6 中No.1多水塘的蓄滿溢流情況與實際調查不符)。綜上可見，現有的流域水文模 型無法體現真實的溝渠靜態路徑上，多水塘蓄滿溢流的動態特征，無法對涉及多 水塘的流域水資源、面源污染狀況做精細刻畫。

發明內容

發明目的：本發明提供一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法，該方 法充分考慮流域內溝渠連通的靜態特征與多水塘蓄滿溢流的動態特征，能夠為流 域水資源管理、面源污染防治等提供精細化的數據支撐。

技術方案：本發明公開了一種面向多水塘蓄滿溢流的流域水文模擬方法，包 括如下步驟：

S1、獲取流域內的基礎數據和水文氣象數據，對原始HSPF(HydrologicalSimulation Program-FORTRAN，流域水文模型)的參數進行初步率定；

S2、構建水塘水量平衡方程，如下：