[发明专利]一种基于水热耦合平衡原理的月径流预测方法

说明书

本发明提出一种基于水热耦合平衡原理的月径流预测方法，属于水文预测技术领域。本发明包括：在自然条件下，将月尺度流域水文循环过程中的蓄水空间概化为土壤水箱和地下水箱；计算流域月尺度土壤水箱的直接径流量和地下水箱的基流量；将土壤水箱的直接径流量和地下水箱的基流量相加，得到流域的月径流深，经单位换算得到流域的月平均流量。本发明以水热耦合平衡原理为基础，在剖析月尺度流域水文循环过程机理基础上，选择适宜的水文循环过程描述结构，抓住月尺度流域水文循环过程的关键过程和影响因素，采用概化的方法表达月尺度的各水文过程之间非线性关系，并充分考虑土壤和地下蓄水结构的非线性蓄泄关系，能够准确、有效地进行月径流预测。

技术领域

本发明属于水文预测技术领域，特别涉及一种基于水热耦合平衡原理的月径流预测方法。

背景技术

研究流域水文循环过程模拟及预测方法，有效实现月尺度流域径流模拟及预测，对于深入理解水文循环机理、水文循环过程模拟、水资源配置及管理等方面具有十分重要的意义。流域水文循环过程的发生与演变遵循着自然界基本物理定律，例如质量守恒定律、能量守恒定律及动量守恒定量等定律。基于这些物理定律，应用水文学原理、数学物理方程或数理统计等方法，对流域径流形成与转化过程进行局部或整体模拟，从而达到研究流域水文响应机理的目的。

目前，现行的月径流预测方法一般以水量平衡原理为基础，通过概化月尺度流域水文循环的关键过程，将各水文要素之间的关系概化成经验公式，来模拟流域月尺度水文循环过程。传统基于质量守恒原理的月径流预测方法虽然考虑了流域水文循环在月尺度上的实际物理过程，但是没有充分利用流域水文循环过程遵循能量守恒原理，在实际应用中存在一定的局限性。

近年来，水热耦合平衡原理常用于流域水热耦合平衡关系的水文规律研究中，并被国内外许多水文学者在多年平均时间尺度上得以验证和完善。水热耦合平衡原理中最具代表性的是苏联著名气候学家Budyko于1974年首次提出的“Budyko假设”。自Budyko假设提出以来，国内外水文学者先后提出了许多不同形式的数学表达式，并对这些公式进行了理论推导和实证研究，广泛验证了Budyko假设的适用性。近年来，一些综合考虑质量守恒原理和能量守恒原理，基于经典假设或模型的流域水文过程模拟及预测方法在实际应用中取得了较好的效果。

综上，现有的月径流预测方法存在以下问题：

(1)一般认为Budyko假设在多年平均或者年时间尺度上是成立的，而对于年内时间尺度(如月尺度、日尺度等)将不在适用。虽然，杨汉波等(2008)基于Budyko假设推导得到了可应用于任意时间尺度的水热耦合平衡方程的解析表达式；但是由于该解析表达式没有充分反映更小时间尺度上实际水文循环过程，在实际应用中存在较大局限性。

(2)大多月径流预测方法采用线性方法来描述复杂的水文过程，难以有效模拟土壤水或地下水的实际出流过程，在实际土壤水或地下水的蓄泄过程模拟方面精度欠佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于水热耦合平衡原理的月径流预测方法，可较好的模拟月尺度流域水文循环过程，有效提高流域月径流预测精度。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：一种基于水热耦合平衡原理的月径流预测方法，包括如下步骤：

步骤1、在自然条件下，将月尺度流域水文循环过程中的蓄水空间概化为土壤水箱和地下水箱；

步骤2、计算流域月尺度土壤水箱的直接径流量和地下水箱的基流量；

步骤3、将土壤水箱的直接径流量和地下水箱的基流量相加，得到流域的月径流深，经单位换算得到流域的月平均流量。

进一步的是，步骤1中，所述自然条件具体是指：所述流域没有灌溉引水以及跨流域调水的外部情况；在所述自然条件下，流域的月降水量将在后续几个月内转化为月实际蒸发量、月土壤蓄水量、月地下蓄水量和月径流量。