[發明專利]一種時變分布式動態匯流計算方法

有效

• 申請號: 202210351519.9
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114741865B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 陳璐;易彬;馮寶飛;許銀山;張寒松;張俊;祝賓皓;劉一卓;郭鶴翔;占挺;張瀟;李思明;楊彬林;李潔;宋巧;鄭婕;楊雁飛;田逸飛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;長江水利委員會水文局
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F113/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭軍芬

本發明公開了一種時變分布式動態匯流計算方法，屬于徑流預報領域。本發明引入地形指數刻畫流域柵格蓄水容量的空間不均勻分布，可定量表征每一個柵格蓄水容量，結合產流計算結果，進而可以從柵格尺度劃分流域蓄滿柵格和為蓄滿柵格，可為柵格流速場計算提供更高精度的輸入場；本發明提出了考慮時變降雨強度和土壤含水量的匯流速度計算公式，更加精確的刻畫了流速場的空間分布規律；本發明基于蓄滿區域產流、不蓄滿不產流的理論基礎，推求了流域不同蓄滿比例下的動態匯流路徑，完善了單位線推求的理論基礎，提高了分布式單位線匯流時間計算的準確性，解決了傳統分布式單位線預報洪峰偏大的問題，提高了洪水預測的準確性。

技術領域

本發明屬于徑流預報領域，更具體地，涉及一種時變分布式動態匯流計算方法。

背景技術

高精度水文預報可為水庫調度、防洪減災及水資源優化配置等提供決策依據，在水資源管理、水資源開發利用和國民經濟建設等領域發揮著重要作用。降雨徑流建模主要包括產流和匯流兩部分，單位線是應用最為廣泛的匯流計算方法，常用的單位線方法包括：時段單位線、瞬時單位線、綜合單位線、分布式單位線等。

傳統匯流方法的應用具有一定局限性，主要問題在于將整個流域匯流過程概化為線性系統，無法準確刻畫降雨時空分布特征和下墊面的空間異質性，其次，依賴詳細的水文氣象數據，無法獲得精度較高的徑流預報結果。在此背景下，考慮了流域匯流非線性效應的時變分布式單位線方法因所需資料較少、推求過程簡單、應用精度較高而備受推崇，然而，現有分布式匯流理論存在兩個缺陷：其一，僅考慮降雨時空分布不均勻性和下墊面空間分布異質性對流域匯流速度的影響，其假定流域在降雨脈沖結束之前就可以達到飽和狀態，這與實際情況不符，忽略了時變土壤含水量造成下墊面狀態的改變；其次，現有分布式單位線假定全流域產流，其采用靜態的匯流路徑推求單位線，理論上，以蓄滿產流為主的南方濕潤地區，在流域沒有達到全流域蓄滿之前，只有蓄滿區域產流，因此，流域匯流路徑應隨著蓄滿區域的改變而動態變化，當全流域蓄滿后，此時動態匯流路徑轉換為靜態匯流路徑。

因此，現有分布式單位線匯流方法應用時存在高估流域坡面匯流速度，假定流域存在唯一靜態匯流路徑，造成洪水預報精度偏低的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種時變分布式動態匯流計算方法，其目的在于解決現有時變分布式單位線洪水預報時存在高估匯流速度、洪水預報誤差較大的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種時變分布式動態匯流計算方法，包括：

S1.基于SCS模型，計算流域產流量；

S2.將流域進行柵格劃分，并基于地形指數計算流域內所有柵格單元的蓄水容量；

基于柵格單元蓄水容量、當前時刻降雨量和當前時刻凈雨量，得到流域蓄滿區域和未蓄滿區域對應柵格；在柵格尺度上計算當前時刻蓄滿區域面積和未蓄滿區域土壤含水量；并結合產流計算結果和流域面積，將當前時刻凈雨量分配至蓄滿區域；

S3.根據柵格單元土壤蓄水狀態，構建時變坡面流速計算公式；其中，柵格單元土壤蓄水狀態指柵格是否蓄滿，以及未蓄滿柵格的土壤含水量；

S4.基于不同時刻下流域蓄滿區域面積，得到不同蓄滿比例下流域的動態匯流路徑；

S5.基于時變坡面流速計算公式和動態匯流路徑，得到時變分布式動態單位線；

S6.采用所述時變分布式動態單位線和流域產流量計算結果，計算流域洪水過程。

進一步地，第j柵格單元的蓄水容量WM_j計算公式為：