一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，涉及分布式水文模型汇流模拟技术领域；包括如下步骤：基于DEM数据提取河道和沟道，并将流域栅格按类别分成坡面栅格、沟道栅格以及河道栅格；计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度，并根据沟道栅格类别，统计沟道数量以及沟道平均长度；根据每个栅格最终汇入的河道或者沟道栅格，设置流域内各栅格的汇流属性；根据栅格汇流属性，分别确定等高带坡面、沟道、河道径流分配系数，采用运动波方程作为坡面、沟道、河道汇流的基本模拟公式，对子流域和等高带进行汇流模拟。该方法能够考虑沟道汇流过程对水循环的影响，提高汇流过程模拟效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法
本专利技术涉及分布式水文模型汇流模拟
，尤其涉及一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法。
技术介绍
分布式水文模型是研究水循环过程和机理的有效手段，也是解决许多水文实际问题的有效工具。采用子流域对研究流域进行离散，反映参数的空间异质性，是比较常用的方法。该方法具有保持对流域上下游关系刻画精度的同时，大幅度减少计算单元个数的优点。然而受限于子流域划分方法的制约，即要求子流域内有且只有1条河道，使得子流域数量和子流域内河网密度相冲突。当采用较大密度的模拟河网作为子流域划分依据时，不可避免地会生成数量众多的子流域，尤其在超大面积研究流域；当划分较少子流域的时候，又不可避免地减小了河网密度，使得原先快速的河道汇流变成了慢速的坡面汇流。另一方面，对于黄土高原而言，沟壑纵横，这些沟壑在坡面产汇流过程中起着重要的快速汇流作用。而通常采用的坡面河道汇流结构并不能很好地对这种情况进行模拟。为了进一步提高流域坡面河道汇流过程模拟精度，有必要在模型汇流模拟过程中增加对沟壑汇流过程的模拟。...

【技术保护点】
1.一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1，采用子流域套等高带的方式作为基本模拟计算单元，基于DEM对子流域和等高带内的栅格进行分析统计，获取子流域、等高带相关参数；/nS2，对每个子流域，采用坡面-沟道-河道三级结构作为子流域汇流的汇流结构；/n基于DEM数据，提取河道和沟道，并将流域栅格按类别分成3大类：坡面栅格、沟道栅格以及河道栅格；/nS3，计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度，并根据沟道栅格类别，统计沟道数量以及沟道平均长度；/nS4，根据每个栅格最终汇入的河道或者沟道栅格，设置流域内各栅格的汇流属性；包括最低等高带沟道汇流栅格、最低等高...

【技术特征摘要】
1.一种基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采用子流域套等高带的方式作为基本模拟计算单元，基于DEM对子流域和等高带内的栅格进行分析统计，获取子流域、等高带相关参数；
S2，对每个子流域，采用坡面-沟道-河道三级结构作为子流域汇流的汇流结构；
基于DEM数据，提取河道和沟道，并将流域栅格按类别分成3大类：坡面栅格、沟道栅格以及河道栅格；
S3，计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度，并根据沟道栅格类别，统计沟道数量以及沟道平均长度；
S4，根据每个栅格最终汇入的河道或者沟道栅格，设置流域内各栅格的汇流属性；包括最低等高带沟道汇流栅格、最低等高带河道汇流栅格、其他等高带沟道汇流栅格、以及其他等高带河道汇流栅格；
S5，根据步骤S4确定的栅格汇流属性，分别确定等高带坡面、沟道、河道径流分配系数，所述径流分配系数用于匹分坡面汇流量，得到进入下一等高带坡面、沟道以及河道部分的径流量；
S6，采用运动波方程作为坡面、沟道、河道汇流的基本模拟公式，对子流域和等高带进行汇流模拟。


2.根据权利要求1所述的基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，步骤S1前还包括：提取模拟河道过程，其具体步骤如下：
基于DEM数据，采用坡面汇流累积方法提取模拟河道，包括填洼、流向计算、汇流累计数计算、河道阈值确定及模拟河道提取步骤；
步骤S1中子流域的获取方式根据提取的模拟河道将流域划分成数目不等的子流域，其中，要求每个子流域中只有1条无分岔的河段，并将所有汇入该河段的栅格划分为同一个子流域。


3.根据权利要求2所述的基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，子流域范围确定后，可通过两种方法确定等高带的个数：
方法一：给定最大等高带个数和最小等高带面积阈值参数计算获得；首先采用子流域面积除以最小等高带面积阈值确定等高带个数，再同最大等高带个数求最小值得到最终的等高带个数；
方法二：给定等高带平均面积参数计算获得，采用子流域面积除以等高带平均面积，向上取整得出最终的等高带个数；
根据等高带个数确定等高带范围，主要包括对子流域内所有栅格按高程降序排列，获得最高高程值和最低高程值，采用等高带个数将这个高程区间进行等分，对等分后的高程区间从高到底依次从1开始自然数编号；
遍历子流域内栅格，根据栅格高程值位于的高程区间分别赋值对应的区间编号，从而确定各等高带范围，即相同编号的栅格位于同一个等高带。


4.根据权利要求3基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，根据划分的等高带范围，以DEM为基础数据提取等高带的坡度、长和宽参数，其中，等高带坡度是等高带范围内所有栅格坡度的平均值，等高带宽是沿着坡面流向的长度，等高带长是垂直坡面流向的长度，长和宽计算公式如下：
widc＝(Hmax-Hmin)/sin(slope)
lenc＝Ac/wid
其中，widc为等高带宽，lenc为等高带长，Hmax是等高带范围内的最大高程，Hmin是等高带范围内的最小高程，slope是等高带平均坡度，Ac是等高带面积。


5.根据权利要求1所述的基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，步骤S2中：
沟道提取步骤为：基于DEM数据，采用坡面汇流累积方法提取模拟沟道，包括填洼、流向计算、汇流累计数计算、沟道阈值确定及模拟沟道提取步骤；需要注意的是，沟道的提取和河道的提取在方法上是完全一样的，区别在于沟道阈值要小于河道阈值；
栅格按类别划分的标准为：通过河道阈值提取出的模拟河网栅格为河道栅格，通过沟道阈值提取出的非河道栅格的栅格为沟道栅格，剩余的栅格为坡面栅格。


6.根据权利要求1所述的基于坡面沟道河道三级结构的子流域汇流模拟方法，其特征在于，步骤S3中：
采用GIS软件计算每个栅格到流域出口的汇流路径长度为；所述汇流路径长度为该栅格与流域出口的沿程汇流长度；
由于提取的沟道存在着长度过小的情况，认为这些短的沟道属于提取出的伪沟道，需要加以剔除。因此直接由阈值提取出的沟道为备选沟道；
遍历子流域内的河道栅格，统计流入河道栅格的备选沟道栅格，作为备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳嘉，周祖昊，严子奇，杜军凯，龚家国，贾仰文，王浩，贺华翔，蔡静雅，
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