[发明专利]一种岩溶流域耦合水文模型预测方法

权利要求书

1.一种岩溶流域耦合水文模型预测方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)根据遥感、地理信息系统、全球定位系统在岩溶区采集地理地貌信息及图像，根据采集的信息及图像处理得到相应的矢量等高线，根据矢量等高线制作岩溶区流域的数字高程模型，并对得到的数字高程模型进行处理得到岩溶地区流域的原始基础数据；

(2)将得到的原始基础数据建立Topmodel模型，并输入地形指数、降雨数据、蒸发数据计算地表水进入地下水的总量Q_q；

(3)采用高分辨率流量监测装置监测岩溶地区流域的流量，识别流域的岩溶含水介质特征，并建立多重岩溶含水介质水箱模型，通过所述水箱模型计算地下流域裂隙/管道的出流系数值；其中，所述流量通过岩溶区的复式矩形堰流量监测站监测数据得到，具体地，所述流量根据所述复式矩形堰的堰前水位与最大堰顶高度之间的关系采用不同的计算方式，当所述堰前水位小于最大堰顶高度时，计算流量的公式为：

当所述堰前水位大于最大堰顶高度时，计算流量的公式为：

其中，Q为流量，单位为每秒每立方米；m为流量系数；B₁为第一层薄壁堰口的宽度，单位为米；B₂为第二层砌砖堰口的宽度，单位为米；g为重力加速度；H为堰前水位，单位为米；P₁为第一层薄壁堰口对应的小堰上游坎高，单位为米；h₁为最大堰顶高度，单位为米；P₂为第二层砌砖堰口对应的大堰上游坎高，单位为米；

(4)统计气象数据，根据得到的地表水进入地下水总量Q_q、地下流域裂隙/管道的出流系数值及统计的气象数据，利用上述Topmodel模型、水箱模型耦合模拟得到初步的耦合水文模型，经参数率定后得到校正后的耦合水文模型：

Q_q＝S*ξ*z

其中，Q_总为地下暗河流量模拟值，Q_q为地表水进入地下水总量，S表示流域面积系数；z为水箱模型水位参数；ξ为流域尺度参数；α₁为微小裂隙/孔隙出流系数；z₁为微小裂隙/孔隙含水介质空间体积数量参数；α₂为裂隙/小管道出流系数；z₂为裂隙/小管道含水介质空间体积数量参数；α₃为大管道/暗河出流系数；z₃为大管道/暗河含水介质空间体积数量参数；

(5)将得到的耦合水文模型应用于模拟岩溶区流域的降雨洪水过程曲线，预测岩溶地区暗河洪水量。

2.根据权利要求1所述的一种岩溶流域耦合水文模型预测方法，其特征是，所述步骤(1)中，所述原始基础数据包括地形指数数据、地形指数概率分布曲线。

3.根据权利要求1所述的一种岩溶流域耦合水文模型预测方法，其特征是，所述步骤(3)中，所述岩溶含水介质特征通过暗河流量衰减方程(1)中的衰减系数α识别；

其中：衰减期任意时刻—t；衰减开始时刻—t₀；t时刻相应的流量—Q_t；t₀时刻相应的流量—Q₀；衰减系数—α；

得到衰减系数方程(2)为：

其中，α的范围为n×10^-1～n×10^-4。

4.根据权利要求1所述的一种岩溶流域耦合水文模型预测方法，其特征是，所述复式矩形堰流量监测站包括复式矩形流量堰及监测装置，所述复式矩形流量堰包括左侧堰体、右侧堰体和基底，所述左侧堰体与右侧堰体为对称结构，所述左侧堰体包括紧邻河沟岸的矩形结构及呈阶梯型的矩形结构；所述左侧堰体、右侧堰体和基底形成复式矩形堰口，所述监测装置位于所述复式矩形堰口的上游；所述复式矩形堰口包括第一层薄壁堰口、第二层砌砖堰口。

5.根据权利要求3所述的一种岩溶流域耦合水文模型预测方法，其特征是，所述步骤(4)中，统计岩溶区流域的降雨量、降雨强度数据，得到各流域的汇流滞后时间，对Topmodel模型进行参数率定，根据降雨量、降雨强度得到洪水期的流量衰减规律、岩溶水系统含水介质特征及各储水空间所占比例，对所述水箱模型的出流系数进行率定，并将率定后的参数输入初步的耦合水文模型中得到校正后的耦合水文模型。