[发明专利]一种面向多水塘蓄满溢流的流域水文模拟方法

说明书

本发明公开了一种面向多水塘蓄满溢流的流域水文模拟方法，该方法包括：S1、获取流域内的基础数据和水文气象数据；S2、构建凸显水塘之间蓄满溢流、水量输送的水塘水量平衡方程；S3、以完成初步率定的原始HSPF模型为基础，将HSPF模型中水塘水量平衡方程表征的水体模拟模块RCHRES与陆面水量平衡模块PWATER集成，形成初始流域水文模型；S4、对初始流域水文模型中的参数R和r_k进行率定，得到最终流域水文模型，进行面向多水塘蓄满溢流的流域水文模拟。该方法将沟渠连通静态特征嵌入水塘水量平衡方程、水量输送参数率定，以此模拟多水塘蓄满溢流的动态特征，为流域水资源管理、面源污染防治等提供精细化的数据支撑。

技术领域

本发明属于地球物理学流域水文模型模拟技术领域，具体涉及一种面向多水 塘蓄满溢流的流域水文模拟方法。

背景技术

流域水文模型以DEM、土壤、土地利用、水文气象资料等为输入，以校准、 模拟流域出口断面的流量为目标，是研究流域产汇流过程的有效工具。在流域范 围内，通常存在多个小而分散的水塘。这些水塘由沟渠连接形成湿地系统，通过 流域内自上而下、串并联混合的水系空间结构，提供着水源涵养、径流调节、水 质净化等生态系统服务功能。其中，水塘之间通过沟渠连接形成的蓄满溢流动态 过程，是多水塘区别于单水塘的核心特征。现有流域水文模型通常采用“概化归 并”的集总式思想，汇总子流域，或者水文响应单元(HRU)中所有水塘，并 通过水量平衡计算其总进出水量。无法体现各个水塘具体的水文特征以及彼此之 间的差异。部分模型将水塘看作河道，以“固化连通”的方式，将其嵌入子流域 产汇流体系。由于DEM与汇流算法的误差，该方法难以完整覆盖水塘之间、水 塘至河道亚米级的沟渠连通路径，更无法反映农事活动、微地形改造等对水量输 送的动态影响。此外，也有模型对流域水文过程中水塘的建模方式进行了针对性 改进。其中，一种是在水量平衡方程中增设水塘与外部地块的水量输送，但是由 于没有明确水塘在产汇流体系中的空间位置，需要经验性的指定该连通关系；另 一种是面向子流域单元，显式刻画内部各水塘的空间位置与径流影响，但是仍然 难以体现单塘蓄满后，通过沟渠分别向下游水塘、河道的水量输送动态过程，以 及其中的比例分配关系。此外，上述水塘蓄满溢流、水量输送的动态过程是在地 形起主导作用的沟渠连通静态路径的基础上，由实际降雨条件、临时微地形改造、 人为取用水条件综合决定，进而形成的。2020年公开在Water Research期刊上的 论文《Exploring the multiscale hydrologic regulation of multipond systems in ahumid agricultural catchment》中模拟了水量输送的动态过程，但是其中物理量的求解并 非建立在沟渠静态路径的基础之上，而是完全依赖流域出口流量、水塘水位这两 种物理量的多目标参数率定，存在部分结果失真的情况(例如，该论文结果图6 中No.1多水塘的蓄满溢流情况与实际调查不符)。综上可见，现有的流域水文模 型无法体现真实的沟渠静态路径上，多水塘蓄满溢流的动态特征，无法对涉及多 水塘的流域水资源、面源污染状况做精细刻画。

发明内容

发明目的：本发明提供一种面向多水塘蓄满溢流的流域水文模拟方法，该方 法充分考虑流域内沟渠连通的静态特征与多水塘蓄满溢流的动态特征，能够为流 域水资源管理、面源污染防治等提供精细化的数据支撑。

技术方案：本发明公开了一种面向多水塘蓄满溢流的流域水文模拟方法，包 括如下步骤：

S1、获取流域内的基础数据和水文气象数据，对原始HSPF(HydrologicalSimulation Program-FORTRAN，流域水文模型)的参数进行初步率定；

S2、构建水塘水量平衡方程，如下：