[发明专利]水库群调蓄下多阻断二维扩散波方程的水文模型汇流方法

说明书

本发明公开了一种水库群调蓄下多阻断二维扩散波方程的水文模型汇流方法，包括：(1)采集研究区域内相关资料，确定水库的调度规则、调蓄节点以及上游的集水区范围；(2)根据大型水库的调度规则和调蓄节点计算水库蓄水量变化导致水库上游网格相应水面高程的变化，构建水库上游网格的二维扩散波方程组；(3)根据大型水库的调度规则和调蓄节点，构建水库下游网格的二维扩散波方程组；(4)根据小型水库的调蓄节点和调度规则，构建小型水库所在网格的二维扩散波方程组；(5)对方程组进行流域汇流演算，得到最终汇流成果。本发明可以完善分布式水文模型的模型结构，从而实现水库群调蓄下汇流过程的模拟，提高水文模型的模拟精度。

技术领域

本发明涉及水文模型汇流技术领域，具体涉及一种水库群调蓄下多阻断二维扩散波方程的水文模型汇流方法。

背景技术

水库是人类科学、主动、合理地开发利用和调蓄水资源、改变区域水循环规律的工具。其中，大中型水库(下统称“大型水库”)数目相对较少，但调蓄能力强，水文效应显著；小型水库分布广而密集，但调蓄能力和水文效应相对较弱，本发明中所指的水库群即为两者的组合。

根据“自然-社会”二元水资源理论，流域水库群可以显著影响地表水与地下水之间的循环转化速度，改变水文循环演化和更新的规律。作为研究水文循环的重要工具，水文模型可以通过产流、汇流、地下水等模块对流域水资源的时空分布进行模拟。受限于计算力的限制，早期水文模型多基于集总式或半分布式结构，采用单位线、线性水库、马斯京根等较为简化的汇流演算方法。随着计算机技术的发展，全分布式模型逐渐得到发展，这类模型通常以河道网格为计算单元，直接通过离散一维圣维南方程组或其简化形式来进行汇流演算。

近年来，部分分布式水文模型抛弃了传统河道汇流的概念，在全流域网格采用二维扩散波方程进行汇流演算。然而，由于水库群的调蓄，天然河道上下游间的水力联系被破坏，河道水流不再具有连续性，二维扩散波方程在此不能适用。在该背景下，由于目前缺乏水库群调蓄下二维扩散波的水文模型汇流演算方法，该类模型均忽略了水库群调蓄对汇流过程的影响，无法刻画水利工程群的水文效应，难以从物理机制上反映由大中小型水库组成的水库群与水循环的相互作用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水库群调蓄下多阻断二维扩散波方程的水文模型汇流方法，该方法可以解决水文模型的模拟精度低的问题。

技术方案：本发明所述的一种水库群调蓄下多阻断二维扩散波方程的水文模型汇流方法，该方法包括：

(1)采集研究区域内大型水库的库容、经纬度坐标、矢量河网文件和调度规则资料，建立格点坐标，确定大型水库的调度规则、调蓄节点以及上游的集水区范围；采集研究区域内小型水库的库容、经纬度坐标，建立格点坐标，确定小型水库的调度规则和调蓄节点；

(2)根据大型水库的调度规则和调蓄节点计算水库蓄水量变化导致水库上游网格相应水面高程的变化，并据此构建水库上游网格的二维扩散波方程组；

(3)根据大型水库的调蓄节点确定水库入流量，利用大型水库的调度规则计算水库的下泄流量，其中，调度规则可采用所收集的实际调度规则或概化得到的概念性调度规则。据此构建水库下游网格的二维扩散波方程组；

(4)根据小型水库的调蓄节点确定水库入流量，利用大型水库的调度规则计算小型水库对径流的调蓄作用，并将其概化为其所在网格的源汇项，其中，调度规则可采用所收集的实际调度规则或概化得到的概念性调度规则。据此构建小型水库所在网格的二维扩散波方程组；

(5)对步骤(2)至步骤(4)中的方程组进行流域汇流演算，得到最终汇流成果。

进一步地，包括：

所述步骤(2)中，计算水库蓄水量变化导致水库上游网格相应水面高程的变化，表示为：