[发明专利]一种变动产流层统一模式产流计算方法

说明书

本发明公开了一种变动产流层统一模式产流计算方法，步骤包括：将计算单元按垂向分层；推求计算单元的蒸散发能力；对植被截留层进行产流计算；根据稳态土壤水分剖面将土壤层θ‑n计算域动态划分为域I和域II两部分，分别对域I和域II建立方程，表征土岩界面变动产流层和土壤层间变动产流层形成和发展过程并进行产流计算；对风化基岩层进行产流计算，该计算方法通过对壤中流形成及发展过程的精细刻画，实现了蓄满‑超渗产流及其转换机制的统一描述。本发明解决了分布式水文模型在山丘区突发洪水预报中的产汇流机制精细化描述和快速预报难以兼顾的难题。

技术领域

本发明属于水文模型技术领域，具体涉及一种变动产流层统一模式产流计算方法。

背景技术

我国大部分山丘区是洪水突发、易发区，由于气象水文条件及特殊地形的综合作用，山洪灾害频繁，是我国防汛工作的难点和薄弱环节。水文模型是洪水预报的主要工具，一般可将水文模型分为黑箱模型、概念性模型和分布式水文模型。已有研究和应用表明，以数据为导向的黑箱/概念性模型难以满足山丘区突发洪水预报的需求，而分布式水文模型因其可以实现任一位置/断面的洪水预报而成为未来趋势，同时这也是水文模型自身发展的必然方向。因此，研究面向山丘区的分布式水文模型具有重要的意义。

自1969年FH69蓝图提出以来，出现了多个基于不同理论、对水文过程刻画精细程度不一、复杂度不尽相同的分布式水文模型，但整体上看进展逐步减缓，且在山丘区突发洪水预报存在一些瓶颈。具体而言，分布式水文模型既要反映产汇流物理机制而足够的精细化，又要满足山丘区突发洪水的快速预报要求，因此模型结构特别是产流计算方法亟需突破，是山丘区分布式水文模型研究的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服以上技术缺陷，提供一种变动产流层统一模式产流计算方法，以解决分布式水文模型在山丘区突发洪水预报中的产汇流机制精细化描述和快速预报难以兼顾的难题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种变动产流层统一模式产流计算方法，经过原始数据采集确定计算单元后，包括如下步骤：

步骤1、计算单元垂向分层：对于一个具体的计算单元，根据冠层顶端(计算单元上边界)、新鲜基岩界面(计算单元下边界)、地表和土壤-基岩界面将计算单元按垂向划分为植被截留层、土壤层和风化基岩层；

步骤2、计算单元蒸发能力计算：根据步骤1垂向分层结果，假定蒸散发发生在植被截留层和土壤层，对计算单元充分供水下的蒸散发即蒸散发能力E_p进行计算；

步骤3、植被截留层产流计算：根据步骤1垂向分层结果、降雨强度P和步骤2计算的蒸散发能力E_p，基于水量平衡原理，对计算单元植被截留层建立方程，表征计算单元的截留作用，计算穿透雨强P_v和植被截留层的实际蒸散发率E_v；

步骤4、土壤层θ-n计算域划分：根据步骤1垂向分层结果，采用稳态土壤水分剖面，将计算单元土壤层的土壤含水量θ-地表垂向深度n的计算域动态划分为域I和域II两个部分；

步骤5、土壤层域I产流计算：根据步骤4的划分结果，根据水量平衡原理，对计算单元土壤层域I建立方程，表征土岩界面变动产流层形成、发展过程并进行产流计算，根据运动波下渗原理、步骤2计算的蒸散发能力E_p以及步骤3计算的穿透雨强P_v和实际蒸散发率E_v，计算域I的土壤含水总量M_g、土岩界面水位N_wt、等价恒定雨强R_g、地表下渗强度I_g、壤中流强度q_g、饱和地面径流蒸发强度E_g和土壤层底部的n方向水流强度