[发明专利]一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法

权利要求书

1.一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：数据收集与输入

基于流域分布式水文模型，以地理信息系统提供的下垫面数据和气象数据分布作为输入条件，考虑水土保持措施布局在坡面产流、坡面土壤侵蚀、沟道汇流及沟道土壤携沙运移过程中的效应，将水土保持措施空间配置与水文过程耦合，构建空间模型；

步骤二：将坡面水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量

以坡面计算单元及工程措施本身所在基元的拓扑关系为计算手段，将坡面水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量，计算过程中采用一维运动波模型进行坡面流模拟：

式中，x为沿坡面向下方向，t为时间(s)，h为水深(m)，q为单宽流量(m² s^-1)，p为降雨强度(ms^-1)，i为入渗率(ms^-1)，S₀为坡面坡度，(为坡面倾角)，n_s为Manning糙率系数，α＝5/3；

步骤三：将细沟水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量

建立沟道内特定水保措施的水沙效应经验方程，将细沟水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量，计算过程中采用标准的MuskingumCunge法计算水流运移过程，Muskingum-Cunge演算公式形式为：

式中，马斯京根法流量系数C1，C2，C3分别为：

式中，K和ε分别为马斯京根法的槽蓄系数和流量比重因子；

步骤四：建立空间拓扑关系与小流域空间构型模型

根据小流域的精细地形信息将其离散为以分水岭为界限的子流域及其内部的细沟，构成以“子流域+细沟”为基元流域的计算单元，对比传统水文模型，采用基于空间拓扑关系的子流域间空间构型模型，以实现在无天然沟道流域内的水文及泥沙的输移过程；

步骤五：进行模型率定及验证

通过计算水沙特征量、计算对比Nash-Sutcliffe效率系数和相关系数对模型进行率定和验证，并进行不同空间配置情景模拟，将水土保持措施空间配置与水文过程进行耦合，最后得出水土保持措施空间配置与水文泥沙效应定量分析评价。

2.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤一中，下垫面数据包括土壤属性、植被覆盖和土地利用数据，气象数据包括降雨时空分布数据和数字高程模型。

3.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤一中，下垫面数据为静态输入条件，气象数据为动态输入条件。

4.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤二中，坡面计算单元是水文响应过程的核心计算单元，完成产流、产沙的计算涉及降雨、截留、入渗、地表径流、壤中流和地表出流这些子过程。

5.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤三中，水流挟沙能力是坡面泥沙侵蚀计算的关键，计算过程中根据悬移质的制紊作用从能量平衡角度出发考虑河流的输沙能力。

6.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤三中，K和ε是扩散波方程的二阶精度解，由于泥沙实测资料的限制，泥沙输移考虑均匀沙，采用一维非恒定悬移质不平衡输沙方程。

7.根据权利要求1所述的一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，其特征在于：所述步骤五中，水沙特征量的计算包括最值计算、总径流量计算和总输沙量计算。