[發明專利]一種基于廣義地形指數的蓄水容量及蓄滿產流空間分布描述方法

在審

• 申請號: 202310361811.3
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116385589A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 周艷;李大洋;梁忠民;李彬權;陳露露;汪正飛;唐伯平
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院;鹽城工學院;河海大學
• 主分類號: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20;G06T17/05;G06F16/11;G06F30/20
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本發明公開一種基于廣義地形指數的蓄水容量及蓄滿產流空間分布描述方法，包括以下主要步驟：提取目標流域的數字高程模型；計算流域單元網格地形指數；計算流域單元網格廣義地形指數；建立單元網格土壤蓄水容量與廣義地形指數之間的數學關系；構建基于廣義地形指數的蓄水容量分布曲線，對流域土壤蓄水容量空間分布不均勻性進行刻畫，在此基礎上進行蓄滿產流計算，從而獲得流域蓄水容量及產流的時空分布。本發明引入地形信息，具有一定的物理基礎，能夠較好地反映流域下墊面不均對產流的影響，具有描述關鍵水文要素空間分布的能力，有助于加深對流域水文過程的理解。

技術領域

本發明屬于水文技術領域，特別涉及一種基于廣義地形指數的蓄水容量及蓄滿產流空間分布描述方法。

背景技術

流域產流計算是進行流域水文過程模擬、水資源計算和洪水預報的重要基礎，傳統的概念性流域水文模型通常將流域視為一個整體，忽略了下墊面空間分布不均勻性對產流的影響。直到20世紀70年代，我國研發的新安江模型中提出采用一種經驗性的分布函數來描述流域蓄水容量空間分布不均勻的現象。該蓄水容量分布曲線的提出在一定程度上考慮了流域下墊面條件分布不均勻的問題，巧妙地解決了當前技術條件下難以一一測量流域單元網格蓄水容量的問題。但是該經驗性的蓄水容量分布曲線缺乏物理基礎，通過該曲線僅能表達產流面積數量上的變化，而無法反映流域某單元網格與該點土壤蓄水容量以及產流之間的聯系。

考慮到流域下墊面空間異質性對流域水文模型尤其是概念性水文模型產流計算的重要性，本發明針對經驗性蓄水容量分布曲線無法反映流域單元網格與蓄水容量及產流之間物理聯系的不足，引入地形信息，推導了土壤蓄水容量與廣義地形指數之間的數學關系，提出了一種基于廣義地形指數的蓄水容量分布曲線，實現了流域蓄水容量及產流空間分布模擬，有效增強了對流域水文過程的理解。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于廣義地形指數的蓄水容量及蓄滿產流空間分布描述方法，該方法具有一定的物理基礎，不僅能夠表達土壤蓄水容量和產流面積數量上的變化，還能提供其空間分布，有助于深入認識流域水文時空變化過程。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種基于廣義地形指數的蓄水容量及蓄滿產流空間分布描述方法，包括如下步驟：

步驟1，選取某個以蓄滿產流為主的研究區域，收集目標流域的氣象、水文及地形資料。提取目標流域的數字高程模型(DEM)，并將DEM柵格數據轉換為ASCII碼文本文件，計算流域面平均降水和潛在蒸散發；

步驟2，根據目標流域DEM的ASCII碼數據計算網格地形指數；

步驟3，根據地形指數結果計算廣義地形指數；

步驟4，根據TOPMODEL模型中土壤缺水量與地形指數之間的聯系，推導并建立土壤蓄水容量與廣義地形指數之間的數學關系；

步驟5，建立基于廣義地形指數的蓄水容量分布曲線，進行流域蓄滿產流計算，從而得到目標流域產流的時空分布。

進一步地，上述步驟1中采用ArcGIS軟件提取目標流域DEM具體包括以下步驟：

步驟1.1，DEM數據下載；

步驟1.2，DEM填洼；

步驟1.3，計算水流流向；

步驟1.4，計算匯流累計量；

步驟1.5，確定流域出口站點；

步驟1.6，提取目標流域DEM柵格數據；

步驟1.7，將目標流域DEM柵格數據轉換為ASCII碼文本文件。

進一步地，上述步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1，R語言加載“topmodel”包；

步驟2.2，根據目標流域的DEM文本文件，采用“topidx”程序進行地形指數的計算，計算代碼為：

topidx(DEM,resolution)