[发明专利]一种用于分布式水文模型的复式河道断面概化及计算方法

说明书

本发明公开了一种用于分布式水文模型的复式河道断面概化及计算方法，包括：采用多个倒等腰梯形断面对实测复式河道断面进行拟合，得到各梯形断面的上底宽、下底宽和高的值；根据实测断面数据，拟合断面面积与流域汇流面积曲线，利用该曲线及各子流域汇流面积求各子流域河道断面面积；根据模拟断面和实测断面面积比例，等比缩放拟合梯形断面参数得各子流域河道断面的参数；求每个子流域断面的各梯形断面宽高比和面积及累积梯形断面深和面积；已知过水断面面积和累积梯形断面面积，可求过水断面的水深；已知过水断面水深和累积梯形断面深，可求过水断面面积、湿周、水力半径。本发明提高对复式断面的概化精度；进而提高模型汇流过程模拟精度。

技术领域

本发明涉及水文模型领域，具体涉及一种用于分布式水文模型的复式河道断面概化及计算方法。

背景技术

分布式水文模型在水文模型领域应用越来越广泛；分布式水文模型一般需要对实际河道横断面进行概化，采用规则的断面形状(例如梯形或三角形)进行流量、过水断面面积与水深关系的计算。相比于实测断面而言，概化断面具有参数个数少、过水断面面积与水深计算关系简单，且可以根据不同子流域汇流面积进行类推等优点。

一般情况下，现有分布式水文模型都采用一个单一形状(梯形或三角形)进行河道横断面概化；然而，实际河道往往是复杂，通常是呈阶梯状的复式断面，采用单一形状并不能完全地拟合实际河道断面形状，从而影响水文模型中汇流过程的计算，尤其是水深的计算准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的分布式水文模型都采用单一形状进行河道横断面概化，不能完全地拟合实际河道断面形状，从而降低水文模型中汇流过程的计算精度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种用于分布式水文模型的复式河道断面概化及计算方法，包括以下步骤：

步骤S10、采集水文断面实测数据，并根据实测数据表现出的河道断面阶梯状特征，采用相应数量的倒等腰梯形断面对该复式河道断面进行拟合，并得到各梯形断面的上底宽T、下底宽B、高H的值；其中，上一个梯形断面的下底宽不小于下一个梯形断面的上底宽，且两者高程相同；

步骤S20、根据采集的实测水文断面面积以及其对应的流域汇流面积，拟合得到实测水文断面面积与流域汇流面积的曲线，并利用该曲线及子流域的流域汇流面积，求得无实测数据的其他子流域的河道断面面积；

步骤S30、采用河流上最近的上游或下游的实测水文断面的梯形断面概化形状作为各子流域梯形断面概化形状，并根据该子流域河道断面面积与最近的上游或下游的实测水文断面面积比，对该实测水文断面的各梯形断面参数进行等比例缩放，得到该子流域断面的各概化梯形断面的参数；

步骤S40、以分布式水文模型程序读取的格式存储各子流域的梯形断面的概化参数；

步骤S50、对每个子流域的概化梯形断面分别求解每个梯形断面宽高比、每个梯形断面面积、累积梯形断面深以及累积梯形断面面积；

步骤S60、利用已知子流域河道断面的过水断面面积A_h和累积梯形断面面积，求解该子流域对应的过水断面的水深h′；

步骤S70、利用已知子流域河道过水断面的水深h和累积梯形断面深SH_k，求解该子流域对应的过水断面面积A′_h、过水断面湿周χ_h、水力半径R_h。

在上述方法中，对实际复式河道断面形状进行概化的倒等腰梯形断面数量为2个以上；

最下面一个梯形断面的下底宽最小取值为0。

在上述方法中，在步骤S40中，存储各子流域的梯形断面的概化参数的格式具体为：