[發(fā)明專利]一種流域尺度淤地壩攔沙量的動態(tài)計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310231684.5
• 申請日: 2023-03-10
• 公開（公告）號: CN116305452A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫彭成;吳一平;肖培青;李云;潘雅文;焦鵬;孫維營;董飛飛;張德全;張志堅;李霽航;劉楊
• 申請（專利權(quán)）人: 黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28
• 代理公司: 北京成高專利代理事務(wù)所(普通合伙) 16047
• 代理人: 張煥龍

本發(fā)明涉及水土保持技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提供了一種流域尺度淤地壩系攔沙量的動態(tài)計算方法，通過構(gòu)建流域空間分布式水沙過程模型，得到不同子流域的來水來沙量，進(jìn)而驅(qū)動本發(fā)明構(gòu)建的淤地壩泥沙攔截模擬模塊，實現(xiàn)對流域尺度淤地壩系泥沙攔截的時空動態(tài)模擬。本發(fā)明提出的計算方法不但為流域尺度淤地壩減沙效益估算等治黃問題解決提供有效支撐，還能為淤地壩的規(guī)劃設(shè)計和水土資源的高效利用提供算法支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水土保持技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流域尺度淤地壩攔沙量的動態(tài)計算方法。

背景技術(shù)

淤地壩在全球水土流失區(qū)域被廣泛應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)和水土保持，在控制流域水土流失和減少河流輸沙等方面發(fā)揮了重要作用。我國黃河流域的長期淤地壩建設(shè)與運(yùn)管實踐表明，多個淤地壩組成的淤地壩系通常具有更穩(wěn)定和安全的結(jié)構(gòu)，尤其在洪水事件中具有更突出的水沙攔截優(yōu)勢。以壩系為載體的淤地壩規(guī)劃和建設(shè)在黃河中游地區(qū)取得了快速發(fā)展，對流域水沙過程也產(chǎn)生了較大的影響。流域淤地壩系水沙效應(yīng)的科學(xué)模擬與合理量化是區(qū)域水沙變化研究的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。淤地壩攔截泥沙動態(tài)過程的反演是研究淤地壩泥沙攔截及其水沙效應(yīng)的基礎(chǔ)，也關(guān)系流域淤地壩可用庫容的科學(xué)預(yù)測和流域壩系的綜合管理。

長期以來的研究在淤地壩攔沙反演方面發(fā)展了多種方法。如，通過剖面開挖或鉆孔觀測的剖面法，基于淤積前后地形比對的地形法和直接測定淤積體積的電阻法等。然而，這些方法存在時間經(jīng)濟(jì)成本高、難以拓展應(yīng)用在流域尺度和無法反映泥沙沉積動態(tài)等方面不足。水文過程模型能有效反映水沙輸移對環(huán)境變化響應(yīng)，然而，當(dāng)前常用水文模型中缺少對淤地壩水沙過程的有效概化與模擬。若提出一種可以刻畫流域尺度上淤地壩系動態(tài)攔沙量的水沙過程模擬的計算方法，這將是淤地壩水土保持措施減水減沙效益量化分析的一大推進(jìn)，可為流域水土保持措施的科學(xué)規(guī)劃與布設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，在解決洪水泥沙問題、確保黃河安全方面發(fā)揮重要的作用。

因此，本使方案特提出一種流域尺度淤地壩攔沙量的動態(tài)計算方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種流域尺度淤地壩攔沙量的動態(tài)計算方法。

為達(dá)到所述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種流域淤地壩動態(tài)攔沙量的計算方案，以解決當(dāng)前技術(shù)中時間經(jīng)濟(jì)成本高、難以拓展應(yīng)用到流域尺度、關(guān)鍵水土保持工程措施中淤地壩攔沙效益和不同壩系攔沙對流域輸沙貢獻(xiàn)度不明確問題。為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明通過開發(fā)流域淤地壩系動態(tài)攔沙模塊，與水文過程模型結(jié)合建立壩系攔沙模擬框架(SWAT-DCDam)，實現(xiàn)流域壩系攔沙的動態(tài)追蹤，給出壩系攔沙對流域輸沙貢獻(xiàn)及其動態(tài)變化。具體技術(shù)方法如下：

(1)搭建流域水文模型(SWAT)

收集研究流域高程、土地利用、土壤以及氣候水文數(shù)據(jù)資料，準(zhǔn)備模型輸入數(shù)據(jù)庫，借助ArcSWAT軟件搭建流域水文模型。

第一步，輸入流域高程數(shù)據(jù)，進(jìn)行流域河網(wǎng)劃分、產(chǎn)匯流計算以及子流域劃分等；

第二步，輸入土地利用、土壤和坡度信息，在子流域內(nèi)將這三種信息重分類和疊加后進(jìn)行水文響應(yīng)單元(HRU)的劃分，所劃分各水文相應(yīng)單元下墊面要素一致，作為水文計算的最小單元；

第三步，將降水、氣溫、風(fēng)速、相對濕度和太陽輻射五個氣象要素的站點(diǎn)信息索引表加載到模型的氣象模塊，之后將所有氣象、土壤數(shù)據(jù)庫等輸入數(shù)據(jù)寫入模型中；

最后，通過設(shè)置模擬起始、終止年份、模擬步長及預(yù)熱期等后點(diǎn)擊運(yùn)行，即可完成SWAT模型的構(gòu)建。

(2)水沙過程模型的率定與驗證

在模型建立后，為保證所模擬為自然狀態(tài)下的流域水文狀況，需要對模擬結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)和驗證。

第一步，收集模擬期徑流和泥沙觀測數(shù)據(jù)并整理，確定率定期和驗證期；