[发明专利]一种分布式流域水沙过程耦合模拟方法

摘要

本发明涉及一种分布式流域水沙过程耦合模拟方法，包括：地形数字化处理；建立等高带；建立等高带侵蚀地形数据文件；数据收集与处理；流域水文过程计算；坡面侵蚀与泥沙输移过程计算；沟道或河道或水库的水沙过程计算；判断；传递变量参数；模型参数的率定和模型验证；结束。本发明针对山坡尺度以等高带作为计算平台，以山坡真实水沙物理过程为图景，实现了等高带坡面的降雨‑径流和侵蚀‑泥沙过程的耦合模拟计算能力，在减少计算量的前提下，保证计算精度，有效还原和预测任意栅格尺度的坡面水沙过程。与已有技术相比，本发明以等高带为基本计算单元，实现地形适应性和尺度适应性；同时基于坡面水沙物理过程模拟，能够更加深入的认识坡面水沙过程规律，支撑更复杂的实践应用。

主权项

1.一种分布式流域水沙过程耦合模拟方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1：地形数字化处理的步骤：用于以DEM数据为基础，建立格栅化地形数据；步骤2：建立等高带的步骤：用于根据Pfafstetter规则合并格栅，建立以等高带为基本计算单元的坡面水文过程计算所需的汇流关系数据文件和相应的地形数据文件，通过该规则建立了包含拓扑信息的河网生成、流域划分与编码系统，对子流域及其相应河道进行编码和计算排序，而子流域内的等高带则按照由高至低顺序进行计算；步骤3：建立等高带侵蚀地形数据文件的步骤：用于对每个等高带，根据汇流条件将计算单元划分为由平面、细沟、浅沟和切沟构成的亚计算单元地貌形态；步骤4：数据收集与处理的步骤：用于收集模拟区域内及其附近的水文、气象、植被、土壤、土地利用、水土保持措施数据，其中水文气象数据包括降雨、平均风速、平均气温、日照时数、空气相对湿度，对收集到的数据按照模拟计算所需的时间步长进行处理和空间匹配处理；步骤5：水沙计算的步骤：用于输入模型率定参数或应用参数，进行流域水文过程计算、流域侵蚀与泥沙输移过程计算和沟道或河道或水库的水沙过程计算；所述的流域水文过程计算为：从坡面顶端的等高带开始，进行等高带中坡面水文过程计算，包括：蒸发蒸腾、入渗、地表径流、壤中径流、坡面汇流、积雪融雪计算，如果存在上游等高带则接收上游等高带的参数，加入到计算中；所述的流域侵蚀与泥沙输移过程计算为：从坡面顶端的等高带开始，进行等高带中坡面侵蚀与泥沙输送和移动过程模拟和计算，所述的模拟和计算包括：雨滴溅蚀模拟、薄层水流侵蚀模拟、股流侵蚀过程模拟、重力侵蚀过程模拟、风力侵蚀模拟，如果存在上游等高带则接收上游等高带的参数，加入到计算中；所述的沟道或河道或水库的水沙过程计算为：按照汇流关系数据文件对沟道或河道、水库的水沙过程进行从上游到流域出口的过程计算；步骤6：判断的步骤：用于根据汇流关系数据文件给定的计算关系，判断是否继续进行过程计算或结束过程计算，如果“否”则进入“模型参数的率定和模型验证的步骤”，如果“是”则进入“传递变量参数的步骤”；步骤7：传递变量参数的步骤：用于收集“水沙计算的步骤”中本次等高带的计算所获得的变量参数，并携带这些变量参数回到“水沙计算的步骤”，从而将本次计算中的等高带水沙的影响传递到下一个等高带中；步骤8：模型参数的率定和模型验证的步骤：如果步骤5“用于输入模型率定参数或应用参数”中所获得的参数为模型率定参数，则通过计算偏差对水沙计算的准确度进行评价，以率定模型是否符合真实情况，并不断的调整参数并回到“水沙计算的步骤”进行计算，同时不断的进行偏差计算和比较，使模型计算与实际情况的偏差达到最小，并进行模型的验证，如果步骤5“用于输入模型率定参数或应用参数”中所获得的参数为应用参数则跳过本步骤；步骤9：结束的步骤：用于汇集流域各个等高带的数据并输出，结束计算过程。