[发明专利]中小流域洪水特征对变化环境的响应模型构建方法

权利要求书

1.中小流域洪水特征对变化环境的响应模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、时间序列分析：建立袂花江上游水文气象数据集；采用时间序列分析方法分析研究区降水、径流水文气象要素的时空格局变化特征，判断降水、径流变化突变点及趋势；包括：

1)突变分析：采用Mann-Kendall法检验研究区实测流量的变化趋势；

2)年际变化趋势：采用Kendall秩次相关法对研究区的降水和径流变化趋势进行分析；Kendall法中的统计量τ、方差σ_τ²和标准化变量M的计算式分别为：

式中：p为研究序列所有的观测值(x_i，x_j，i＜j)中x_i＜x_j出现的次数；N为研究系列的长度；在Kendall秩次相关分析中，取显著水平α＝0.05，则Kendall标准化变量M相应的检验临界值Mα＝1.96；如果M＞Mα，且M＞0，则表示研究序列有明显的增加趋势；相反0若M＜0，则序列有明显的减小趋势；

二、土地利用变化模型：应用GIS技术，采用研究区三期土地利用数据，分析LUCC的时空格局特征；

三、降水控制条件下降水，进行入渗野外试验；根据研究的需求，在袂花江流域野外实地调研的基础上，选定袂花江流域上游新河站附近为试验场地，进行人工降雨入渗产流试验；试验内容：产流期内的土壤入渗强度，一般随着流域下垫面条件(土壤、土质、植被覆盖)，土壤前期含水量，产流历时，降雨强度，地形坡度而变化，需要研究各影响因子对于入渗产流的影响，分析降雨入渗产流机理。

2.根据权利要求1所述的华南台风暴雨地区中小流域洪水特征对变化环境的响应模型，其特征在于，主要采用的土地利用变化模型有以下几个：

1)土地利用动态度：土地利用动态度能够刻画一定时段内土地利用类型的数量情况，可以分为单一土地用类型动态度和综合土地利用类型动态度，公式如下：

式中：Ki为研究时段内第i类土地利用类型的动态度，Uia、Uib分别为第i类土地利用类型期初和期末的面积；LC是研究时段内的综合土地利用类型动态度，LUi为研究时段开始时第i类土地利用类型面积，ΔLUi-j是研究时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值，T为研究时段长度；

2)土地利用程度综合指数及其变化模型：土地利用程度综合指数能够揭示土地利用的广度和深度；其一方面可反映特定时期的土地利用程度和人类的干扰程度；另一方面通过不同时期该指数的变化可反映区域土地利用程度的变化，从而也可用于判定区域土地利用的发展期、调整期或衰退期，差值＞0是发展期，否则为调整期或衰退期；

式中：Lj是某区域土地利用程度综合指数，Ai为区域内第i级土地利用程度分数指数，Ci为区域内第i级土地利用程度分级面积比重，n为土地利用程度分级指数，Lb和La分别是时间b和a区域土地利用程度的综合指数；

3)土地利用变化方向模型

土地利用变化类型是对某一时段土地利用变化图斑变化方向的判定，在GIS软件中将空间数据的叠加分析和属性数据的字段运算相互结合，即可实现对土地利用变化图斑变化方向的判定，当土地利用分类数量少于10时，字段运算的公式如下：

CodeCh＝CodeT1×10+CodeT2

式中：CodeCh是土地利用变化类型的代码，CodeT1、CodeT2分别是T1(期初)(期末)的土地利用类型代码；利用ArcGIS软件中属性信息的统计分析功能，根据C字段对面积信息进行统计汇总，即得到研究时段内的土地利用类型面积转移数据，进而可以计算出以面积转移比重作为状态概率的土地利用变化转移概率矩阵，用于系统地分析研究期内土地利用变化的方向和规模，转移概率矩阵的数学表达式为：

其中

式中：Pij为期初至期末由类型i转化为类型j的概率，Ci-j表示期初至期末由类型i转化为类型j的面积，LUi为期初i类土地利用类型的面积，n为土地利用类型的数目。