[发明专利]一种草原河流河道流量汇流计算方法

说明书

本发明提供一种草原河流河道流量汇流计算方法，包括：根据极值选取原理，通过每个栅格高程数据获得每个栅格内水流的流向；通过高清遥感影像以及实地测量数据提取河流特征量；通过气温、降水、实际蒸散量和栅格面积，计算获取每个栅格的径流深时间序列；通过每个栅格面积和径流深计算河道的产流量、流速和河流水深；根据能量守恒定律，利用栅格内河流实际液体元流能量方程，分别计算栅格内的河流的沿程水头损失和弯道带来的局部水头损失，获得水流流出栅格的流速和水流流经栅格的实际所需时间；通过每个栅格的流向，获取每个格点流向流域泄流口所需经过的格点层数；根据径流深时间序列和河道的流量，获取当前格点在该时刻的流量。

技术领域

本发明涉及河道流量汇流技术领域，具体涉及一种草原河流河道流量汇流计算方法。

背景技术

流域的降水或冰雪融水在重力作用下，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流成为径流。径流的形成过程可概化为产流过程和汇流过程，产流过程模拟也就是降水的损失模拟，又可分为蒸散发以及下渗两个部分(由于植物截留和洼地填洼等过程的拦蓄水量最终通过蒸发进入大气或下渗进入土壤，在此不将其单独列出)；汇流也包括水文响应单元内的汇流计算和河道汇流计算(洪水演算)。目前结合日新月异的遥感技术以及较容易操作的田间试验，大量有关蒸散发和下渗的研究不断开展。而由于汇流过程在时间和空间上的连续观测难度大、影响要素较多、洪水波偏微分方程求解困难等因素，不论是对于汇流过程的理解还是相关的研究，都是远远不足的，这在河道蜿蜒多变、水量陡涨陡落的半干旱草原流域体现地更加明显。

计算明渠非恒定流有两大方程：连续性方程和动量方程，他们是圣维南方程组的基础。通过将连续性方程简化为河段水量平衡方程并把动力方程简化为河段的水量槽蓄关系，可以推求出汇流计算中广泛应用的马斯京根法。而应用马斯京根法的关键是如何合理得确定参数k和x，即河段平均传播时间与衡量入流和出流对河道蓄量作用的权重。然而诸如平均传播时间这样的传统水文学变量，已不适用于如今生态退化严重的草原型河流。瞬时变化迅速的流量、储水能力低下的砂质土壤、河型不规整且易迁移等特点，都使得现有的模型难以甚至不具备模拟草原型河流的汇流过程。

因此，本发明提出了一种新的草原河流河道流量汇流计算方法。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种草原河流河道流量汇流计算方法，包括以下步骤：

获取草原河流流域内每个栅格内水流的流向；

获取草原河流的河流特征量；

通过草原河流的气温、降水、实际蒸散量和栅格面积，计算每个栅格单位时间的径流深时间序列；

通过每个栅格面积和径流深，计算河道的产流量、流速和河流水深；

基于栅格内河流实际液体元流能量方程，根据河流特征量、河宽和河流水深，分别计算栅格内河流的沿程水头损失和弯道带来的局部水头损失，并确定水流流出栅格的流速和水流流经栅格的时间；

根据每个栅格内水流的流向，获取每个格点流向流域泄流口所经过的格点层数；并根据径流深时间序列、水流流出栅格的流速、水流流经栅格的时间和河道的产流量，获取当前格点在各个时刻的实际地表径流量。

优选地，所述草原河流流域内每个栅格内水流的流向获取，包括：根据极值选取原理，通过草原河流的流域边界和流域内每个栅格高程数据获得每个栅格内水流的流向。

优选地，所述草原河流的河流特征量的获取，包括：通过高清遥感影像以及实地测量数据提取草原河流的河流特征量。

优选地，还包括：当流域内存在洼地和闭塞湖地形时，每个栅格内水流的流向计算包括以下步骤：

确定流域出口，寻找每个栅格前往出口的流向路径；