[发明专利]一种边坡水文过程模拟方法

说明书

本申请提供一种边坡水文过程的计算方法，属于水文数值模拟计算领域。本方法包括：接收目标区域的基础数据；设置边坡单元格的上下游连接关系；计算每个边坡单元格的植被层、地表层、不饱和土壤层和饱和土壤层之间的水分交互过程；计算边坡单元格的顶部蓄水及单元格之间的溢流过程；根据土壤湿度监测数据对模型参数进行校正，得到最终的边坡土壤湿度的时间序列。本申请提出的边坡水文过程计算方法能够有效克服传统地表水‑地下水模型在模拟边坡单元格这种特殊的绿地构筑时的表达局限，同时支持开展高空间分辨率和高时间分辨率的边坡水文过程计算，显著提升计算结果的准确度和计算效率。

技术领域

本申请涉及一种边坡水文过程模拟方法，属于水文数值模拟计算领域。

背景技术

在高原山地城市的生态建设中，边坡绿地是一种较为常见的绿化措施。由于山地城市的海拔落差较大，城市道路往往依边坡而建，且边坡的坡度较陡。为确保边坡的美观绿化，同时确保安全，往往在原有边坡的基础上建造紧密联接的鱼鳞坑，鱼鳞坑形状为矩形或者其他形状(如长宽深分别为3m×3m×0.2m)，边缘为水泥框体，通过钢筋等措施固定至边坡底部的岩石层，相互联接覆盖整个边坡，最底部与排水渠相接，收集多余径流。鱼鳞坑底部并不互通，溢流从鱼鳞坑顶部进入下游鱼鳞坑。每个鱼鳞坑的内部填土，种植草皮或者灌木，在实现边坡绿化的同时兼顾稳定性。这些人工建造的边坡绿地由于土层较薄，缺乏水土涵养能力，因此需要人工灌溉来维持，消耗大量的水资源。

健康水循环是城市水资源管理的一种先进理念，其核心是通过分质供水，满足城市中不同品质用水单位的需求，并在此过程中实现高品质用水户产生的废水的循环回用，满足低品质用水户的用水需求。具体而言，城市中生活用水产生的废水，经过污水处理厂处理后，产生的再生水可以用来满足边坡绿地的灌溉需求。由于不同的边坡绿地的土壤和水文地质条件各不相同，因此灌溉需求也有差别，需要因地制宜分析鱼鳞坑的土壤湿度情况，制定精细化的灌溉方案，从而最大程度节约水资源，避免浪费。

在传统的土壤湿度模拟模型中，计算尺度往往较大，无法对鱼鳞坑这种小规模的研究单元开展精细化建模分析。例如对于一个一平方公里的研究区，鱼鳞坑的数目可能有数十万个，这已经远远超过了常规水文模型的建模和计算能力上限。因此，需要能够兼顾鱼鳞坑内部精细化水文过程，同时能够对大规模鱼鳞坑构成的边坡绿地开展定量模拟的分析方法，从而为开展精准灌溉提供辅助决策。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种颗粒度高、计算速度快的边坡水文过程模拟方法。具体采用如下的技术方案：

步骤一：接收目标区域的基础数据，所述基础数据包括边坡单元格空间结构信息、数字高程数据、边坡区域的土壤数据、边坡植被数据和气象数据；

步骤二：将每个边坡单元格记为一个独立的模型计算单元，并根据高程数据与单元格的相互位置关系，设置计算单元间的上下游连接关系；

步骤三：计算每个边坡单元格的植被层、地表层、不饱和土壤层和饱和土壤层之间的水分交互过程；

步骤四：计算边坡单元格的顶部蓄水及单元格之间的溢流过程；

步骤五：根据土壤湿度监测数据对模型参数进行校正，得到最终的边坡土壤湿度的时间序列。

通过以上技术方案，能够对边坡单元格(鱼鳞坑)内的水文过程开展精细化模拟，得到单元格内的土壤湿度变化时间序列，确定单元格的灌溉蓄水量，从而指导精细化灌溉方案的制定，为最大程度节约再生水提供指导，推动城市健康水循环系统的高效运行。