一种考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法，涉及水文模型模拟技术领域；包括如下步骤：采用子流域套等高带的方式作为模型基本计算单元，基于DEM将子流域根据高程划分成数目不等的等高带并统计相关参数，提取沟道栅格，设置沟道长度阈值，剔除伪沟道；对等高带内的梯田和淤地坝进行概化，并计算梯田对坡面径流的拦截比例，并统计淤地坝相关参数；基于运动波方程模拟各等高带坡面、单条沟道和河道汇流过程。该方法能够模拟计算单元内淤地坝建设和梯田建设对汇流过程的影响。

A simulation method of sub watershed confluence considering the influence of terrace check dam

【技术实现步骤摘要】
一种考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法
本专利技术涉及分布式水文模型子流域汇流模拟
，尤其涉及一种考虑梯田淤地坝影响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。随着研究问题的复杂程度增加，模型功能也越来越复杂。在黄土高原山区，梯田分布广泛，沟道纵横，为了有效利用雨水增加粮食产量，该地区在沟道上修建了大量的淤地坝，用于拦蓄山区洪水沉积泥沙，淤地造田。梯田淤地坝的建设对流域汇流过程影响巨大。梯田和淤地坝区域平坦，面积相对较大，能够有效拦截上游径流，增加局部区域含水率，改变了天然水循环过程，减小汇流流速，使得泥沙沉积。为了进一步提高子流域汇流过程模拟精度，评估梯田和淤地坝建设对水循环过程的影响，有必要在模型模拟中增加对梯田和淤地坝过程的模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种考虑梯田淤地坝影响的子流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑梯田淤地坝影响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模型基本计算单元，确定子流域范围及等高带范围；/n基于DEM对子流域和等高带内的栅格进行分析统计，并获取子流域、等高带相关参数；/nS2，基于DEM提取等高带内的模拟沟道，并统计模拟沟道的数量及平均长度；根据子流域内各栅格最终汇入的河道沟道栅格类型，统计沟道和河道汇流栅格个数，并计算沟道河道径流分配系数；/nS3，基于统计资料或遥感资料，分析确定各等高带计算单元内的梯田面积；根据各等高带内的梯田面积确定当前等高带内的梯田对上一等高带的坡面径流拦截比例，即认为该部分坡面径流完全进入当前...

【技术特征摘要】
1.一种考虑梯田淤地坝影响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模型基本计算单元，确定子流域范围及等高带范围；
基于DEM对子流域和等高带内的栅格进行分析统计，并获取子流域、等高带相关参数；
S2，基于DEM提取等高带内的模拟沟道，并统计模拟沟道的数量及平均长度；根据子流域内各栅格最终汇入的河道沟道栅格类型，统计沟道和河道汇流栅格个数，并计算沟道河道径流分配系数；
S3，基于统计资料或遥感资料，分析确定各等高带计算单元内的梯田面积；根据各等高带内的梯田面积确定当前等高带内的梯田对上一等高带的坡面径流拦截比例，即认为该部分坡面径流完全进入当前等高带的梯田内，参与当前等高带梯田的产汇流过程；
S4，设定淤地坝只存在于沟道上，且将每个沟道上的所有淤地坝概化为一个等效淤地坝，并假定每条沟道上淤地坝大小一样且位于沟道出口处；统计淤地坝相关参数；
淤地坝作为一个小型水库拦蓄上游沟道汇流径流量，在淤地坝区域内调蓄后排入河道；
S5，基于运动波方程模拟各等高带坡面汇流过程，其中各等高带上游流入量为上一等高带坡面径流乘以对应等高带坡面径流分配系数减去被当前等高带梯田拦截的部分，侧向汇入量等于当前等高带非梯田部分产流量加上梯田调蓄后的产流量；
S6，基于运动波方程模拟单条沟道汇流过程，其中侧向汇入量为各等高带坡面径流乘以对应等高带沟道径流分配系数除以沟道数量；
S7，采用运动波方程对子流域河道进行汇流模拟，重复步骤S4-S6，直到所有时间、所有子流域汇流模拟结束。


2.根据权利要求1所述的考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法，其特征在于，步骤S1中：
模型基本单元是子流域套等高带，其中，子流域是地表水文过程相对独立的区域单元，主要用于沟道、河道汇流运算；等高带是子流域内部的细分，用于反映高程变化的差异影响，主要用于产流、坡面汇流运算；
确定等高带范围包括：首先确定等高带个数，再依据等高带的个数确定等高带范围。


3.根据权利要求2所述的考虑梯田淤地坝影响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的方法，包括对子流域内所有栅格按高程降序排列，获得最高和最低高程值，采用等高带个数将这个高程区间进行等分，按高程从高到底依次从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1所述的考虑梯田淤地坝影响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所述的考虑梯田淤地坝影响的子流域汇流模拟方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：
S21，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；
S22，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选沟道的出口；对每个备选沟道出口栅格，统计所有流入该栅格的上游备选沟道栅格，确定该备选沟道的最大汇流路径长度；
S23，设定一个沟道最小长度阈值，并认为长度小于该阈值的备选沟道为伪沟道；将伪河道栅格属性赋值为坡面栅格，统计确定该子流域内沟道条数Ng，并对所有沟道长度求平均值得到沟道的平均概化长度leng；
S24，对流域内每个河道和沟道栅格进行溯源遍历确定各栅格的汇流属性；
如果沟道栅格位于最低等高带，则给所有汇入该沟道栅格的栅格赋值最低等高带沟道汇流属性(F1)，同理，对所有汇入最低等高带河道栅格的栅格赋值最低等高带河道汇流属性(F2)，对所有汇入其他等高带沟道栅格的栅格赋值其他等高带沟道汇流属性(F3)，对所有汇入其他等高带河道栅格的栅格赋值其他等高带河道汇流属性(F4)；
S25,统计沟道和河道汇流栅格个数，并计算等高带坡面、沟道、河道径流分配系数；
最低等高带径流分配系数计算公式如下：
rp＝0
rg＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳嘉，周祖昊，严子奇，龚家国，贾仰文，王浩，徐东坡，褚俊英，
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