[发明专利]一种基于实时雨情的动态水系提取方法

说明书

本发明公开了一种基于实时雨情的动态水系提取方法，步骤包括：基于DEM数据将流域划分为若干个正交的栅格单元，并且计算每一个栅格单元中的坡度，得到坡度栅格；估算流域的水系阈值，提取出流域中的水系，并提取出流域中的河源汇流单元；计算该流域的多年汛期平均逐小时降雨量，并计算在该小时降雨量下每一个栅格单元中的产流，得到汛期平均径流深栅格；结合实时逐小时降雨资料，在每一个栅格单元中进行产流计算，得到实时径流深栅格；基于水系阈值、汛期平均径流深栅格、坡度栅格以及实时径流深栅格估算逐小时变化的动态水系阈值，并根据该动态水系阈值提取逐小时变化的动态水系。该方法有利于动态发展变化的水系的快速提取。

技术领域

本发明属于水文技术领域，具体涉及一种基于实时雨情的动态水系提取方法。

背景技术

世界河流众多，仅在中国流域面积200至3000km²的中小流域近9000个。中小流域由于通常处于地形复杂、坡度陡峻的偏远山区，流域中下垫面的空间分异性较大，暴雨中心的位置变化会对流域中水系的发展变化产生很大的影响。因此如何准确刻画暴雨下中小流域中水系的发展变化成为亟待解决的重要问题。

随着遥感、地理信息以及数字流域等技术的发展，基于栅格数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)的分布式水文模型以其充分考虑降雨和下垫面条件空间变化的特点，现已成为流域水文模型的发展趋势，尤其是在地形复杂的山区性中小流域中，分布式水文模型比传统的不能考虑流域内地形变化的集总式模型更有优势。在构建分布式的水文模型时，通常将流域划分为若干个正交的栅格单元，在每一个栅格单元中产生的径流通常结合地形特征，按照一定的顺序逐次运动至距离较近的河道中，然后再通过河道中的洪水波运动到达流域的出口。在水流运动至流域出口的过程中十分重要的一环就是水流到达河道之前的坡面汇流演算，这也是分布式水文模型建模的重点和难点之一。

为了进一步促进流域水文模型的发展，需要更深入研究坡面汇流演算中水系发展变化。

坡面汇流是径流产生之后沿着地表向距离较近的河道汇集的过程，是水文径流模型的一项重要内容，坡面汇流计算的合理与否对计算结果有着重要影响。目前对于坡面汇流的计算主要有两种方法，一种是简单地将坡面看作是一个大的水库，降雨落在地面上产生的径流作为这个水库的输入，经过这个水库的调蓄作用后形成水文响应单元出口断面处的出流过程；另一种方法则将流域中每一个网格作为计算单元，使用水力学的方法在栅格之间进行扩散波或运动波演算。这两种方法均事先将流域划分为特征具有鲜明差别的坡地与河道，通常的水文模型在提取出流域中的水系之后将不再考虑暴雨中水系的发展变化。然而高强度的暴雨降落在陡峻的坡地上之后常常会形成临时性的集束水流，这种集束水流实际上发挥了微型河道的作用，临时性地成为流域水系的一部分。这些微型河道并不像正常的河道一样具有稳定的河岸边界，它们只会在暴雨过程中出现，同时随着降雨强度的变化而迅速发展和消退。微型河道的出现，会使得坡面上原本运动缓慢的水分汇集成束状的水流，并会因为在一般较为陡峻的河源区山坡上受到重力作用而快速运动，其速度将因此提高数个数量级。因此微型河道的出现对于坡面中水流的运动具有极其重要的影响。而事先将流域划分为固定的坡地与河道这种做法无法充分地考虑在降雨过程中发展变化的水系对于汇流的重要影响。因而对水系在降雨过程中发展变化的忽视不利于分布式水文模型的发展。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于实时雨情的动态水系提取方法，该方法综合考虑了降雨过程中不断动态发展变化的水系，具有数据来源稳定可靠、计算效率高、结果客观合理等优点，有利于动态发展变化的水系的快速提取。

技术方案：本发明所述的一种基于实时雨情的动态水系提取方法，包括以下步骤：

(1)基于DEM数据将流域划分为若干个正交的栅格单元，并且计算每一个栅格单元中的坡度，得到坡度栅格；

(2)估算流域的水系阈值，提取出流域中的水系，并提取出流域中的河源汇流单元；