[发明专利]一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，涉及分布式水文模型汇流模拟技术领域；包括如下步骤：基于DEM数据提取河道和沟道，并将流域栅格按类别分成坡面栅格、沟道栅格以及河道栅格；计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度，并根据沟道栅格类别，统计沟道数量以及沟道平均长度；根据每个栅格最终汇入的河道或者沟道栅格，设置流域内各栅格的汇流属性；根据栅格汇流属性，分别确定等高带坡面、沟道、河道径流分配系数，采用运动波方程作为坡面、沟道、河道汇流的基本模拟公式，对子流域和等高带进行汇流模拟。该方法能够考虑沟道汇流过程对水循环的影响，提高汇流过程模拟效果。

技术领域

本发明涉及分布式水文模型汇流模拟技术领域，尤其涉及一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法。

背景技术

分布式水文模型是研究水循环过程和机理的有效手段，也是解决许多水文实际问题的有效工具。采用子流域对研究流域进行离散，反映参数的空间异质性，是比较常用的方法。该方法具有保持对流域上下游关系刻画精度的同时，大幅度减少计算单元个数的优点。然而受限于子流域划分方法的制约，即要求子流域内有且只有1条河道，使得子流域数量和子流域内河网密度相冲突。当采用较大密度的模拟河网作为子流域划分依据时，不可避免地会生成数量众多的子流域，尤其在超大面积研究流域；当划分较少子流域的时候，又不可避免地减小了河网密度，使得原先快速的河道汇流变成了慢速的坡面汇流。另一方面，对于黄土高原而言，沟壑纵横，这些沟壑在坡面产汇流过程中起着重要的快速汇流作用。而通常采用的坡面河道汇流结构并不能很好地对这种情况进行模拟。为了进一步提高流域坡面河道汇流过程模拟精度，有必要在模型汇流模拟过程中增加对沟壑汇流过程的模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，包括如下步骤：

S1，采用子流域套等高带的方式作为基本模拟计算单元，基于DEM对子流域和等高带内的栅格进行分析统计，获取子流域、等高带相关参数；

S2，对每个子流域，采用坡面-沟道-河道三级结构作为子流域汇流的汇流结构；

基于DEM数据，提取河道和沟道，并将流域栅格按类别分成3大类：坡面栅格、沟道栅格以及河道栅格；

S3，计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度，并根据沟道栅格类别，统计沟道数量以及沟道平均长度；

S4，根据每个栅格最终汇入的河道或者沟道栅格，设置流域内各栅格的汇流属性；包括最低等高带沟道汇流栅格、最低等高带河道汇流栅格、其他等高带沟道汇流栅格、以及其他等高带河道汇流栅格；

S5，根据步骤S4确定的栅格汇流属性，分别确定等高带坡面、沟道、河道径流分配系数，所述径流分配系数用于匹分坡面汇流量，得到进入下一等高带坡面、沟道以及河道部分的径流量；

S6，采用运动波方程作为坡面、沟道、河道汇流的基本模拟公式，对子流域和等高带进行汇流模拟。

优选地，步骤S1前还包括：提取模拟河道过程，其具体步骤如下：

基于DEM数据，采用坡面汇流累积方法提取模拟河道，包括填洼、流向计算、汇流累计数计算、河道阈值确定及模拟河道提取步骤；

步骤S1中子流域的获取方式根据提取的模拟河道将流域划分成数目不等的子流域，其中，要求每个子流域中只有1条无分岔的河段，并将所有汇入该河段的栅格划分为同一个子流域。

优选地，子流域范围确定后，可通过两种方法确定等高带的个数：