[发明专利]一种基于GIS的中小流域设计洪水模型

权利要求书

1.一种基于GIS的中小流域设计洪水模型的构建方法，其特征在于，所述模型的构建方法包括以下步骤：

1.确定研究流域，提取研究流域的特征属性；

1.1.通过收集研究流域的自然地域资料和水文气象资料，分析影响汇流的主要因素，包括流域的形状、地形地势、河流长度、地表和河床特征；

1.2.利用GIS技术，通过遥感数据提取研究领域的地理参数，包括研究流域的面积、河道长度、坡度的分布作为研究流域的特征属性；

2.设计研究流域水位及出口断面河宽的计算；

2.1.根据实测洪水流量资料，运用适线法分析计算T_s年一遇的设计洪水流量；

2.2.根据实测的出口断面资料，运用曼宁公式计算出口断面流量，并绘制水位-流量曲线、水位-河宽曲线；

2.3.根据研究流域的设计洪峰流量查找水位-流量曲线，得到对应的出口断面水位，再根据出口断面水位查找水位-河宽曲线，得到对应的出口断面河宽；

3.根据暴雨洪水手册，确定设计频率为p的设计暴雨量及其时间分配；

4.设计研究流域产流量计算；

4.1.根据暴雨洪水同频率的思想，设计暴雨强度计算公式；

4.2.利用GIS技术，提取流域地形、土壤、植被的特征数据，并根据流域地形、土壤、植被的特征数据计算降雨的蒸发量、填洼量、植物截流量、下渗量；

4.3.判断暴雨强度是否大于研究流域下垫面土壤的下渗量，若大于，则研究流域有产流量，否则，研究流域没有产流量；

5.设计研究流域汇流量计算；

5.1.设计河网的蓄泄过程，包括以下步骤：

5.1.1计算河网的蓄水量：

其中，W_t为时间为t的河网蓄水量，单位为m³；L_w为河网总长，单位为m；为河网平均河宽，单位为m；为河网平均水位，单位为m；

5.1.2采用曼宁公式计算出口断面的流量：

其中，Q_t为时间为t时间的出口断面流量，单位为m³/s，n为糙率；A为出口断面面积，m²；R为出口断面水力半径，单位为m；χ为出口断面湿周，单位为m；J为出口河段比降；

5.1.3假定：则建立出口断面流量Q_t与河网的蓄水量W_t的函数关系，转换出口断面的流量计算公式(7)为：

其中，K₁、K₂为无量纲参数；

得到W_t＝β^-0.6Q_t^0.6 (8)

其中，式中系数：

5.2.设计河网的出流过程，包括以下步骤：

5.2.1联解河网的蓄泄关系式(8)和河网水量平衡式(9)，得到：

其中，I_t为t时刻的河流入流流量；

5.2.2对公式(10)取差分，得到：

并将上式改写为：

5.2.3联解(8)和(11)，得到：

5.2.4根据公式(12)已知入流过程，利用迭代计算求出出流过程；

6.设计研究流域退水过程，具体步骤为：

6.1退水时河网入流停止，水量平衡式：

6.2将公式(8)代入公式(13)，整理积分得到河网退水方程，得到：

其中，Q₀为河网总入流终止时刻的出口断面流量。

2.根据权利要求1所述的基于GIS的中小流域设计洪水模型的构建方法，其特征在于，设计暴雨强度计算公式为：

或者H_p＝S_p·t^1-n (2)

其中，为设计频率为p平均暴雨强度；S_p为雨力；t为设计暴雨的历时；n暴雨指数；H_p为设计频率为p的设计暴雨量。