[发明专利]一种考虑枯落层的坡面汇流计算方法

摘要

本发明公开一种考虑枯落层作用的坡面汇流计算方法，力求计算方法简洁、实际可操作性强、模拟效果好，主要涉及坡面汇流时间的计算与坡面汇流流量的计算，其中汇流时间计算以物理学中的基础运动方程为基础，汇流量计算以水量平衡方程为基础。基于上述原理，按水量的增减性，将有枯落层作用下的坡面汇流过程分解为三个时间段：涨水段、稳定段和退水段，并提出了各阶段的理论计算公式，通过结合相关实验对公式所需参数进行优化，最终得出一套合理可行的有枯落层作用的坡面汇流计算方法。该方法能够简单、准确地得到流域内枯落物对坡面汇流的影响过程，对流域水文模型的构建以及林区来洪时间及洪量预测提供了一定的理论依据，具有实际应用价值。

主权项

1.一种考虑枯落层的坡面汇流计算方法，其特征在于，包括步骤：(1)对考虑枯落层的坡面汇流过程进行简化，鉴于坡面汇流的特性，将有枯落层作用的坡面汇流分成三个阶段：涨水段、稳定段和退水段；(2)以经典物理学中运动方程为基础，提出坡面汇流时间的计算公式：a、计算涨水段坡面汇流时间：L为坡面长度，θ为坡角，i为坡度，且i＝tanθ，g为重力加速度，取9.8m/s2，kl为枯落层阻力系数，取值范围为0‑1；cu为不均匀系数，主要指地形不均匀、地表覆盖不均、降水时空分布不均匀；fl为枯落层阻力值；假定枯落层阻力f_l的函数关系式为其中，I_r为降雨强度；k_h为枯落层分解程度，h₁、h₂、h₃依次为枯落物未分解层，半分解层，分解层厚度；ρ_f为林木面积指数，指单位林地面积上林木桩部面积的占比；ρ_l为枯落层的密度；λ、l、m、n分别为各变量的修正系数，由实验数据拟合得到；b、确定涨水段坡面汇流时间t2：有枯落层作用的稳定段坡面汇流时间t2由降雨时长决定，故t2开始于t1末，结束于降水停止时刻；c、计算退水段坡面汇流时间t3的简化计算公式为：式中：α为综合考虑汇流流速、坡面不均匀程度等的系数，可由实验数据反推得到；Qm为坡面出口处稳定最大流量，m3/s；Δt为单位时间，s；F为汇流坡面面积，m2；f为枯落层蓄满后单位时间的入渗率，mm/Δt；(3)提出含枯落层的坡面汇流量的计算公式：a、涨水段坡面流量计算公式为：Q1(t)＝kQm·(t/t1)n式中：Q1(t)为涨水段任意时刻t的流量，m3/s；k为校正系数；其余同上；b、稳定段坡面汇流量，即坡面出口处稳定最大流量，计算公式为：式中：c为校正系数；Ir为单位时间Δt内的降水量，mm/Δt；Δt、f、F含义同上；c、退水段坡面汇流量计算公式为：式中：Q3(t)为退水段任意时刻t的流量，m3/s；β为校正系数；其余含义同上。