[发明专利]一种流域尺度淤地坝拦沙量的动态计算方法

说明书

本发明涉及水土保持技术领域，本发明提供了一种流域尺度淤地坝系拦沙量的动态计算方法，通过构建流域空间分布式水沙过程模型，得到不同子流域的来水来沙量，进而驱动本发明构建的淤地坝泥沙拦截模拟模块，实现对流域尺度淤地坝系泥沙拦截的时空动态模拟。本发明提出的计算方法不但为流域尺度淤地坝减沙效益估算等治黄问题解决提供有效支撑，还能为淤地坝的规划设计和水土资源的高效利用提供算法支持。

技术领域

本发明涉及水土保持技术领域，具体涉及一种流域尺度淤地坝拦沙量的动态计算方法。

背景技术

淤地坝在全球水土流失区域被广泛应用于生态修复和水土保持，在控制流域水土流失和减少河流输沙等方面发挥了重要作用。我国黄河流域的长期淤地坝建设与运管实践表明，多个淤地坝组成的淤地坝系通常具有更稳定和安全的结构，尤其在洪水事件中具有更突出的水沙拦截优势。以坝系为载体的淤地坝规划和建设在黄河中游地区取得了快速发展，对流域水沙过程也产生了较大的影响。流域淤地坝系水沙效应的科学模拟与合理量化是区域水沙变化研究的一个重点和难点问题。淤地坝拦截泥沙动态过程的反演是研究淤地坝泥沙拦截及其水沙效应的基础，也关系流域淤地坝可用库容的科学预测和流域坝系的综合管理。

长期以来的研究在淤地坝拦沙反演方面发展了多种方法。如，通过剖面开挖或钻孔观测的剖面法，基于淤积前后地形比对的地形法和直接测定淤积体积的电阻法等。然而，这些方法存在时间经济成本高、难以拓展应用在流域尺度和无法反映泥沙沉积动态等方面不足。水文过程模型能有效反映水沙输移对环境变化响应，然而，当前常用水文模型中缺少对淤地坝水沙过程的有效概化与模拟。若提出一种可以刻画流域尺度上淤地坝系动态拦沙量的水沙过程模拟的计算方法，这将是淤地坝水土保持措施减水减沙效益量化分析的一大推进，可为流域水土保持措施的科学规划与布设提供科学依据，在解决洪水泥沙问题、确保黄河安全方面发挥重要的作用。

因此，本使方案特提出一种流域尺度淤地坝拦沙量的动态计算方法，以解决上述问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种流域尺度淤地坝拦沙量的动态计算方法。

为达到所述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种流域淤地坝动态拦沙量的计算方案，以解决当前技术中时间经济成本高、难以拓展应用到流域尺度、关键水土保持工程措施中淤地坝拦沙效益和不同坝系拦沙对流域输沙贡献度不明确问题。为实现此目的，本发明通过开发流域淤地坝系动态拦沙模块，与水文过程模型结合建立坝系拦沙模拟框架(SWAT-DCDam)，实现流域坝系拦沙的动态追踪，给出坝系拦沙对流域输沙贡献及其动态变化。具体技术方法如下：

(1)搭建流域水文模型(SWAT)

收集研究流域高程、土地利用、土壤以及气候水文数据资料，准备模型输入数据库，借助ArcSWAT软件搭建流域水文模型。

第一步，输入流域高程数据，进行流域河网划分、产汇流计算以及子流域划分等；

第二步，输入土地利用、土壤和坡度信息，在子流域内将这三种信息重分类和叠加后进行水文响应单元(HRU)的划分，所划分各水文相应单元下垫面要素一致，作为水文计算的最小单元；

第三步，将降水、气温、风速、相对湿度和太阳辐射五个气象要素的站点信息索引表加载到模型的气象模块，之后将所有气象、土壤数据库等输入数据写入模型中；

最后，通过设置模拟起始、终止年份、模拟步长及预热期等后点击运行，即可完成SWAT模型的构建。

(2)水沙过程模型的率定与验证

在模型建立后，为保证所模拟为自然状态下的流域水文状况，需要对模拟结果进行校准和验证。

第一步，收集模拟期径流和泥沙观测数据并整理，确定率定期和验证期；