[发明专利]一种基于三级汇流结构的分布式侵蚀产沙模拟方法

权利要求书

1.一种基于三级汇流结构的分布式侵蚀产沙模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，地形数据提取：利用GIS平台和模拟区DEM数据，提取河网和坡度地形数据；

S2，子流域-等高带单元划分：利用GIS平台和S1中的河网提取结果，基于汇水区划分子流域；在每个子流域内，按照一定的高程间隔划分等高带；确定坡面-沟道-河道三级汇流结构；

S3，基础数据库构建：收集模拟区内的水文、气象、土壤、土地利用、水土保持措施、人类活动取用水的模型输入数据；并按照模型需求和S2中的划分结果，对收集的模型输入数据进行空间或时间尺度上的处理，构建基础数据库；

S4，计算坡面产输沙：利用S3所建数据库中各等高带的水文气象要素、土地利用条件、水保措施数据，以等高带为单元，按照上下承接的关系，依次计算各等高带的坡面沟间及沟道侵蚀量和输沙率；

S5，计算沟道产输沙：基于S4中坡面产沙结果，以子流域为计算单元，进行沟道侵蚀、输沙模拟，计算沟道输沙率；

S6，计算河道产输沙：基于S4中坡面、S5中沟道产输沙结果，以子流域为单元，进行河道侵蚀、输沙模拟；

S7，侵蚀产沙量统计：坡面沟间及坡面沟道产沙由等高带汇总到子流域；坡面、沟道、河道各环节的产沙由子流域汇总到模拟区；最终，在模拟区内对所有环节的产沙进行汇总；

S5具体为：以子流域为计算单元，沟道承接来自当前子流域坡面最低等高带的输沙，根据汇流结果进行沟道输沙计算；

S6具体为：在子流域内，多条沟道中的输沙通过并联方式汇入河道，通过河道输沙模拟到达子流域出口的沙量；不同子流域出口的产输沙又基于上下游关系，通过串并联混合方式最终传递到模拟区出口。

2.根据权利要求1所述的基于三级汇流结构的分布式侵蚀产沙模拟方法，其特征在于，S4包括如下步骤：

S401，以等高带为计算单元，暴雨期以每小时降水为驱动，非暴雨期以日降水为驱动，计算坡面沟间雨滴溅蚀；

S402，以产流计算所得坡面沟间径流为驱动，计算坡面沟间径流侵蚀；

S403，每个等高带坡面沟间所产沙量进入当前等高带的坡面沟道，以坡面沟道内水流挟沙力为上限，判断坡面沟道冲淤情况，当上一等高带来沙和当前等高带来沙这两个沙源总的含沙量小于水流挟沙力时，则当前等高带坡面沟道发生冲刷；否则发生淤积；如此从上到下串联进行，实现产沙在坡面等高带间的传递。

3.根据权利要求2所述的基于三级汇流结构的分布式侵蚀产沙模拟方法，其特征在于，S401中，按照如下公式计算雨滴溅蚀：

式中，SplMod为雨滴溅蚀侵蚀模数，单位是kg/m²/s；E为降雨侵蚀动能，单位是J/m²；I为雨强，单位是mm/min；α为坡面的坡度，单位是°；a₁、b₁、c₁、a₂、b₂为经验参数。

4.根据权利要求2所述的基于三级汇流结构的分布式侵蚀产沙模拟方法，其特征在于，S402中，按照如下公式计算坡面沟间径流侵蚀：

SloMod＝a₃·(q-b₃)·(1+c₃·α)

式中，SloMod为坡面沟间径流侵蚀模数，单位是kg/m²/s；q为坡面沟间单宽流量，单位是m²/s；α为坡面的坡度，单位是°；a₃、b₃、c₃为经验参数。