[发明专利]一种河流流域水资源规划利用方法

摘要

本发明涉及水利领域，具体涉及一种河流流域水资源规划利用方法；其包括测量河流流域的降雨量值，估算所述河流流域的植被蒸腾值、土壤蒸发值、陆域蒸散发量、蒸散发量等步骤，并根据所述河流流域内的绿水量和蓝水量，借助模型及公式得到所述流域的蓄水变量，从而实现水资源规划利用的目的。本发明的方法可以准确、可靠地应用于流域水资源规划、生态环境评价、生态需水量核算、流域水文循环过程模拟等，应用范围广泛，是基于生态水文理念下寻求可持续利用水资源规划的一种方法；其对于水资源管理、生态水环境建设、工农业产业规划以及防汛抗旱起到指导作用，使流域内工农业产业结构、水资源开发利用更加科学合理，从而促进区域经济的可持续发展。

主权项

一种河流流域水资源规划利用方法，其特征在于，其包括下述步骤：步骤一：获取河流流域的降雨量值，采用反距离权重插值法对所述河流流域的降雨量值进行空间插值，制得降雨量分布图和等值线图，获得所述河流流域的降雨量，即总水资源量；步骤二：获取所述河流流域内汽化潜热、最高气温、最低气温、饱和水汽压、冠层表面净辐射、空气密度、土壤热通量、空气定压比热、冠层导度、饱和水汽压、实际水汽压、空气动力学导度、叶面积指数、地表反照率及地表覆盖，根据下述公式（1）估算所述河流流域的植被蒸腾值，$E_c=\frac{1}{\mathrm{\λ}}\[\frac{\mathrm{\Δ}(R_n-G)(1-\mathrm{\τ})+{\mathrm{\ρ}}_a{C}_p{D}_a{G}_a}{\mathrm{\Δ}+\mathrm{\γ}(1+G_a/G_c)}\]---\left(1\right)$其中：E_c为植被蒸腾，单位为mm；λ为汽化潜热，单位为MJ·kg^‑1；Δ为气温－饱和水汽压曲线斜率；R_n为冠层表面净辐射，单位为MJ/m²/d；G为土壤热通量，单位为MJ/m²/d；τ为土壤吸收系数；ρ_a为空气密度，单位为kg·m^‑3；C_p为空气定压比热，单位为MJ/kg/℃；D_α为参考高度饱和水汽压差，单位为kPa；G_a为空气动力学导度，为空气动力阻抗的倒数，单位为m/s；γ为湿度计常数，单位为kPa·℃^‑1；G_c为冠层导度，单位为m/s；其中G_c通过下述公式（1‐1）计算，$G_c=\frac{g_{sx}}{k_Q}ln\[\frac{Q_h+Q_{50}}{Q_h\exp (-k_{A}LAI)+Q_{50}}\]\[\frac{1}{1+D_a/D_{50}}\]---(1-1)$g_sx为植被气孔导度，单位为m/s；k_Q为短波辐射的衰减系数；k_A为可用辐射的衰减系数；Q_h为冠层上方的可见光辐射通量，单位为MJ/m²/d；LAI为叶面积指数；Q₅₀和D₅₀分别为当气孔导度g_s＝g_sx/2（g_sx是g_s的最大值）时的可见光辐射通量和水气压差，单位分别为MJ/m²/d和kPa；其中τ通过下述公式（1‐2）计算，τ＝exp(‑k_ALAI)     （1‐2）k_A为可用辐射的衰减系数；LAI为叶面积指数；其中D_α通过下述公式（1‐3）计算，D_a＝e₀‑e_a       （1‐3）D_α为参考高度饱和水汽压差，单位为kPa；e₀为饱和水汽压，单位为kPa；e_a为实际水汽压，单位为kPa；步骤三：根据下述公式（2）估算所述河流流域的土壤蒸发值，$E_s=\frac{1}{\mathrm{\λ}}\[\frac{f\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}(R_n-G)}{\mathrm{\Δ}+\mathrm{\γ}}\]---\left(2\right)$其中：E_s为土壤蒸发，单位为mm；λ为汽化潜热，单位为MJ·kg^‑1；f是土壤蒸散发系数，表示土壤的湿润程度；Δ为气温－饱和水汽压曲线斜率；τ为土壤吸收系数；R_n为冠层表面净辐射，单位为MJ/m²/d；G为土壤热通量，单位为MJ/m²/d；γ为湿度计常数，单位为kPa·℃^‑1；步骤四：根据下述公式（3）估算所述河流流域的陆域蒸散发量，ET_陆=E_c+E_s         （3）其中：ET_陆为陆域蒸散发量，单位为mm；E_c为植被蒸腾，单位为mm；E_s为土壤蒸发，单位为mm；步骤五：根据下述公式（4）估算所述河流流域的流域内水面蒸发，即所述河流流域的蒸散发量，从而获得流域总蒸发量实时分布等值线图；其中：ET_水为水面蒸发量，单位为mm；R为水面辐射平衡值，单位为mm/d；E_a为水面附近的空气干燥力，单位为mm/d；Δ为饱和水汽压曲线的斜率，单位为Pa/K；r为干湿球常数，单位为kPa·℃^‑1；步骤六：采用SWAT模型实时动态的核算所述河流流域的蓝水和绿水，获得蓝水和绿水空间分布图，获得所述河流流域内的绿水量和蓝水量；步骤七：获取所述河流流域的社会经济耗水量，从而得到整个流域蒸散发，根据下述公式（5‐1）或（5‐2）评估分析基准年所述河流流域水资源盈亏，最终实现流域水资源进行管理；P+W_外＝W_绿+W_蓝+ΔQ＝ET_社+ET_陆+ET_水+R_径+ΔQ    (5‑1)(P+W_外)‑(ET_社+ET_陆+ET_水+R_径)＝ΔQ      （5‑2）其中：P为总水资源量；W_外为外调水量；W_绿为绿水量；W_蓝为蓝水量；ET_社为社会经济耗水量；ET_陆为陆域蒸散发量；ET_水为水面蒸发量；R_径为流域径流量，通过流域出口断面水文站观测可获得；△Q为流域的蓄水变量；当△Q=0时，表示所述河流流域的水量供需平衡；当△Q＜0时，需减少社会经济耗水量，或者增加外调水量。