一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法，包括：山坡计算单元划分；水文气象数据展布；植被截留计算；入渗及水分再分布过程计算；壤中流计算；地表汇流过程计算。本发明专利技术考虑了片麻岩土石山区广泛存在土石二元混合介质和大孔隙优先流，一方面引入碎石形状系数

Simulation method of scale scale hydrological process in gneiss soil and rock mountain area

The invention relates to a method for simulation of a mountainous slope gneiss scale hydrological process includes: slope calculation unit division of hydrological and meteorological data; distribution; vegetation interception calculation; infiltration and soil water redistribution calculation; subsurface flow calculation; calculation of surface runoff. The present invention takes into account the wide range of earth rock two element mixed medium and large pore priority flow in gneiss earth rock mountain area, and introduces the form coefficient of crushed stone on the one hand

【技术实现步骤摘要】
一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法
本专利技术涉及一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法，是一种水文模拟方法，是一种针对片麻岩山区的水循环过程的模拟方法。
技术介绍
分析片麻岩土石山区山坡水文过程内在关系，实现山坡水文过程模拟，是认识片麻岩土石山区山坡水资源评价、管理、水土保持等领域的基础。片麻岩土石山区山坡水文过程异于平原区，也异于石灰岩地区、花岗岩地区等坚硬基岩分布区域山坡水文过程。片麻岩土石山区山坡地区土层较薄、土壤存在分层且土壤内广泛分布着土石二元混合介质；土壤下部下覆巨厚片麻岩基岩，片麻岩基岩具有很强导水性和持水性（相较于花岗岩、石灰岩等坚硬岩石），导致片麻岩土石山区山坡在连续降雨或强降雨条件下，入渗、产流、蒸散发和土壤水分运动等过程异于平原地区，异于石灰岩等坚硬岩石分布区。当前，山坡水文模型均未考虑片麻岩土石山区水文特征对山坡水文过程影响，导致模型出现模拟失真、精度不高等问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法。考虑到土壤内存在大量优先流孔隙，将土壤层分为基质流区和优先流区，两区土壤入渗及水分再分布均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法，其特征在于，所述方法的计算过程如下：山坡计算单元划分：采用等流时线法将山坡划分为若干基本计算单元；计算单元垂直剖面划分：根据山坡植被、土壤和岩石特性，在基本计算单元内分为4层：植被冠层截留层、地表储留层、土壤层、基岩层；植被截留层又可细分为：高植被截留层和矮植被储留层、草地层和裸地；土壤层进一步分为均质土壤层、土石二元混合介质层；考虑到片麻岩基岩层内广泛分布着构造节理，且片麻岩本身具有一定持水性和透水性，进一步将基岩层分为基质流区和优先流区；计算单元内状态变量包括：植被冠层截留量、洼地储留量、枯枝落叶储留量、土壤含水量；主要参数包括：植被最大截留深、...

【技术特征摘要】
1.一种片麻岩土石山区山坡尺度水文过程模拟方法，其特征在于，所述方法的计算过程如下：山坡计算单元划分：采用等流时线法将山坡划分为若干基本计算单元；计算单元垂直剖面划分：根据山坡植被、土壤和岩石特性，在基本计算单元内分为4层：植被冠层截留层、地表储留层、土壤层、基岩层；植被截留层又可细分为：高植被截留层和矮植被储留层、草地层和裸地；土壤层进一步分为均质土壤层、土石二元混合介质层；考虑到片麻岩基岩层内广泛分布着构造节理，且片麻岩本身具有一定持水性和透水性，进一步将基岩层分为基质流区和优先流区；计算单元内状态变量包括：植被冠层截留量、洼地储留量、枯枝落叶储留量、土壤含水量；主要参数包括：植被最大截留深、洼地最大储留深、枯枝落叶干重、土壤导水系数、土壤水分特征曲线、土壤含水量、各层土壤厚度、土石二元混合介质碎石质量比系数、基岩层厚度、坡面糙率；计算单元水文过程计算：包括水文气象数据展布、降雨期间产汇流过程计算、非降雨期间产汇流过程计算；水文气象数据展布：包括水文气象过程空间尺度展布和降雨时间降尺度展布：采用泰森多边形法和反距离加权平均法进行流域内气象数据的空间展布，包括降雨、气温、风速、空气湿度、净辐射，计算公式如下：（1）（2）式中：D表示待插值点估计值；Dpi表示第pi个参证站点数据；pm表示参证站点个数；λpi表示第pi个参证站点数据权重；dpi表示第pi个参证站点同待插值点的距离；pn表示权重指数；由于日降雨过程的非稳定性，对日降雨数据进一步进行降尺度展布，具体公式如下：（3）（4）（5）式中：I为时段tk内最大降水平均雨强；S表示暴雨参数；t为时间(tk-1<t≤tk)；tk为时段()区间的时间，N为时段数；表示暴雨衰减系数；P表示日降雨量；T表示日降雨总历时；a，b表示参数；降雨期间产汇流过程计算：降雨期间，土壤蒸散发量较小，可以忽略计算单元内水文过程主要由降雨→植被截留→入渗产流→汇流过程构成；植被截留计算：植被截留计算，计算公式如下：（6）（7）（8）式中：Veg表示植被的面积；Wr表示植被截留水量；Wrmax表示最大植被截留水量；I为时段tk内雨强；Rr表示植被冠层流出水量；LAI表示叶面积指数；洼地储留计算，计算公式如下：（9）（10）式中：为时段tk内净雨强；Hu2为地表储留；Humax2为土壤表层最大储留深；Ru2为土壤表面径流；fin为入渗率；枯枝落叶储留计算，计算公式如下：Humax=zmaxG（11）式中：G为枯枝落叶干重；z为枯枝落叶最大持水系数；土壤及基岩层水分运动过程计算：片麻岩分布区土壤和基岩均具有导水性和持水性，所有土壤层水分运动过程均采用理查兹公式计算：（12）式中：h为土壤水吸力；C为容水度；SS为源汇项；z为坐标轴；K(h)为导水系数；t为时间；考虑到土壤和基岩层均广泛分布着裂隙优先流，土壤水分运动过程中将计算单元分为基质区和优先流区；其中计算单元内基质区所占面积比例为，优先流区所占面积比例为；根据碎石质量比系数Rv大小，可以将土壤层分为以下土层：1）当Rv=0时，土壤层为均质土壤；2）当1>Rv>0时，土壤层为土石二元混合介质层；3）当Rv=1时，土壤层为基岩层；此外，假设碎石内和土壤内水势相等，可将基质区土壤水分运动过程进一步修正为：（13）其中，为基质区内平均导水系数，由基质区内碎石和土壤的导水系数加权平均得到，引入碎石形状系数ε和体积系数Rv，得到公式：（14）其中：（15）（16）式中：wm为基质区面积比例；h为土壤水吸力；Cms和Cmr分别为土壤和碎石的容水度；SS为源汇项；Γ为不同区间水量交换量；下标m表示基质区；下标i表示土壤层；Kss(h)为土壤非饱和导水系数；Ksr(h)为碎石非饱和导水系数；Kss为土壤饱和导水系数；Ksr为碎石饱和导水系数；α、vn和vm为参数，vm=1-1/vn；下标1和2分别表示土壤和碎石；z为坐标轴；...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘永德，贾仰文，刘欢，龚家国，牛存稳，仇亚琴，郝春沣，杜军凯，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11