[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

说明书

本发明公开一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，包括以下步骤：数据收集与输入、将坡面水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量、将细沟水沙过程与水土保持措施耦合计算产流产沙量、建立空间拓扑关系与小流域空间构型模型和进行模型率定及验证；本发明通过构建空间模型，将水保措施空间配置与水文过程耦合，能有效将计算水土保持措施类型、规格、数量等空间分布的计算单元与坡面产流产沙‑细沟汇流输沙相耦合，实现沟道水土保持措施水沙效应定量计算，构建“子流域+细沟”为基元流域的计算单元，反映下垫面及气象条件的空间变化，解决水土保持措施水文泥沙效应定量分析评价。

技术领域

本发明涉及水土保持与荒漠化防治生态环境治理技术领域，尤其涉及一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法。

背景技术

我国水土流失严重，因此建立以小流域为单元的水土流失综合治理刻不容缓，而对水土保持空间措施配置进行优化是对小流域进行水土流失综合治理的重要前提，基于各种评价结果作为基本决策与约束条件，在数量、空间及时间上进行分析得到基于生态安全的水土保持措施最佳空间配置原则,可为相似小流域区域的水土保持规划提供理论基础及借鉴，为促进小流域经济发展和生态环境保护提供科学依据，小流域水土保持措施空间配置受到经济、生态、社会等多方面因素的限制，对于小流域综合治理的方法，多年来一直缺乏系统的、科学的研究成果；

目前，对水土保持措施空间配置的研究相对较少，虽然一些学者对不同区域小流域水土保持措施空间配置研究，但是存在以下不足：目前对水土保持措施空间配置主要是依据土地适宜性评价、水沙响应评价以及生态安全评价等结果作为约束条件，将措施减流减沙效益作为基本的决策依据，据已有的治理经验来确定空间措施比例，此种方法在配置小流域空间内水土保持措施的数量、规格、类型等缺乏定量的分析依据，同时在对不同水土保持空间配置产生的生态环境保护效应也无法进行定量评估，因此，本发明提出一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，该方法能有效将计算水土保持措施类型、规格、数量等空间分布的计算单元与坡面产流产沙-细沟汇流输沙相耦合，还可同时计算小流域出口的流量和泥沙侵蚀量，从而解决水土保持措施水文泥沙效应定量分析评价。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种水土保持措施空间配置与水文过程耦合方法，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：