[发明专利]一种考虑地表积水深变化的坡面多流向漫流分析方法

说明书

本发明涉及一种考虑地表积水深变化的坡面多流向漫流分析方法，包括：地表积水深的确定、坡面动态汇流路径确定、坡面多流向水量分配权重确定和坡面多流向漫流水量确定。本发明针对平原洼地区地表起伏小，积水面积大、变化快的特点，实现了对地表积水深动态变化及其与周边单元的水量流入流出关系转化的准确刻画，解决了常规数字高程模型应用失真的问题，精细模拟了坡面多流向漫流过程，有效改善了平原低洼区地表产汇流过程模拟。该方法面向平原洼地区水文模拟，相关结果可为平原洼地区水文模型构建与应用提供基础支撑。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及平原低洼区地表产汇流过程模拟，具体为一种考虑地表积水深变化的坡面多流向漫流分析方法。

背景技术

平原低洼区具有地势低平、地表水流流向随机的特点，流向多不单一且不固定，易受地表积水变化影响而发生改变，长期以来对平原低洼区地表产汇流过程的准确模拟是个难题。为此，坡面多流向漫流理论被提出并不断完善，其基本思想是认为水流应向邻域中所有高程较低的方向进行分配。目前，相关理论方法均是依靠常规数字地形数据(一般为数字高程模型“DEM”)，研究坡度、地表形态、粗糙度等对地表水流多流向流量分配的影响。然而，从平原区特别是平原湿地沼泽区来说，当地洼地星罗棋布，地表起伏小，积水面积大、变化快，采用传统不变的数字高程模型(DEM)难以准确反映地形地貌变化，会对流向和流量确定产生较大的干扰，影响地表产汇流过程模拟效果。以洼地蓄滞水过程为例，随着洼地积水，水流流出单元与汇入单元间的水力梯度逐渐得到消弭，直接影响到单元出流水量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于克服现有平原低洼区坡面多流向漫流过程模拟技术存在的缺陷，构建考虑地表积水深度变化的动态数字地形，并基于此创造性提出包含坡面动态汇流路径确定和多流向漫流水量计算的坡面汇流计算方法。该发明可有效刻画平原洼地积水变化及其对地表产汇流过程的影响，提高平原低洼区地表产汇流过程模拟精度。

本发明的目的是这样实现的：

一种考虑地表积水深变化的坡面多流向漫流分析方法，所述方法包括四个部分：地表积水深确定、坡面动态汇流路径确定、坡面多流向水量分配权重确定和坡面多流向漫流水量确定，各部分的具体步骤如下：

地表积水深确定：

步骤一：获取研究区内气象站点在模拟期内的气象数据，所述气象数据包括逐日降水、气温、风速、日照、湿度，选择参证气象站，利用反距离平方加权插值算法将参证气象站点的气象数据空间展布到研究区模拟栅格单元上；

步骤二：采用Green-Ampt入渗模型模拟计算栅格单元的降雨日累计入渗量；

步骤三：利用Penman公式模拟计算栅格单元地表当日最大可蒸发量；

步骤四：利用水量平衡方程计算模拟单元日积水深，计算公式如下：

式中，H为日积水深/mm；H₀为当日初始积水深/mm；P为当日降水深/mm；E为当日最大可蒸发量/mm；F为降雨日累计入渗量/mm；

坡面动态汇流路径确定的具体步骤：

步骤1：以日为汇流模拟时段，赋予研究区内每个模拟栅格单元5个基本属性：坐标x、坐标y、地形高程z、日积水深H、是否已参与汇流计算；已参与汇流计算标记为ture，否则标记为False；

步骤2：逐汇流模拟时段内，引入当前模拟栅格单元日积水深H，将其与模拟栅格单元的地形高程z相加，以此作为坡面漫流、河道汇流和漫溢计算所需的“虚拟高程”，记作DH；

步骤3：遍历模拟栅格单元，寻找DH最大值所在的模拟栅格单元，确定流向和出流量，然后更新模拟栅格单元的DH，并将结束汇流的模拟栅格单元标记为True，即表示本时段内该栅格不再参与汇流计算；