一种河湖过渡区水文边界界定方法技术

本发明专利技术公开了一种河湖过渡区水文边界界定方法，步骤1，获取研究区河流及湖泊的监测数据；步骤2，利用获取的监测数据，模拟出河湖过渡区流速分布；步骤3，根据河湖过渡区河流段流速分布模拟结果，建立丰、枯水期河流流速与沿程距离对应关系，拟合出丰水期流速与沿程距离的函数关系方程；步骤4，对步骤3中建立的函数方程进行二阶求导运算，找出函数拐点；步骤5，将拐点坐标对照步骤3中建立的丰、枯水期河流流速与沿程距离对应关系进行验证，识别出发生流速突变的拐点，将其确定为河湖过渡区上边界；步骤6，根据河湖过渡区流速模拟结果，计算最外侧流速线间的流速梯度；步骤7，根据步骤6中计算的流速梯度结果，确定河湖过渡区下边界。

A method to define the hydrologic boundary of river lake transition area

【技术实现步骤摘要】
一种河湖过渡区水文边界界定方法
本专利技术涉及区域边界测定领域，具体而言，涉及一种河湖过渡区水文边界界定方法。
技术介绍
河湖过渡区是河流和湖泊的连接通道，物质循环、能量流动和信息交换的关键环节；在人类干扰日益增强的背景下，河湖过渡区对河流、湖泊乃至湿地生态系统的健康可持续发展至关重要。由于河湖过渡区受到河流、湖泊的流量、流速、水位等水文条件以及风速、风向、降水量等气象条件多方面因素的影响，其水文边界具有显著的动态性和复杂性，科学地界定其水文边界一直是研究的难点，对开展其水量、水质、水资源利用等多方面研究意义重大，也是保护河湖过渡区水生态环境的迫切需求。现有技术中，对河湖过渡区水文边界界定技术和方法有两种：经验值法和特有物种活动范围法；其中，经验值法是指根据观测河流汇入湖泊水流动态范围结合经验判断，给出固定数值作为河湖过渡区水文边界，特有物种活动范围法是指根据河湖过渡区所特有的物种，如芦苇、特有鱼类等，将其最大活动范围界定为水文边界。现有技术中至少存在以下问题：经验值法具有较大的主观性，缺乏客观依据，不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河湖过渡区水文边界界定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，获取研究区河流及湖泊的监测数据，监测数据包括水文数据、河流断面数据、湖底高程数据、气象数据；/n步骤2，利用获取的监测数据，建立河湖过渡区一、二维水动力耦合模型，模拟出河湖过渡区流速分布；/n步骤3，根据河湖过渡区河流段流速分布模拟结果，建立丰、枯水期河流流速与沿程距离对应关系，拟合出丰水期流速与沿程距离的函数关系方程；/n步骤4，对步骤3中建立的丰水期流速与沿程距离的函数关系方程进行二阶求导运算，f″(x)，令f″(x)＝0，

【技术特征摘要】
1.一种河湖过渡区水文边界界定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取研究区河流及湖泊的监测数据，监测数据包括水文数据、河流断面数据、湖底高程数据、气象数据；
步骤2，利用获取的监测数据，建立河湖过渡区一、二维水动力耦合模型，模拟出河湖过渡区流速分布；
步骤3，根据河湖过渡区河流段流速分布模拟结果，建立丰、枯水期河流流速与沿程距离对应关系，拟合出丰水期流速与沿程距离的函数关系方程；
步骤4，对步骤3中建立的丰水期流速与沿程距离的函数关系方程进行二阶求导运算，f″(x)，令f″(x)＝0，对函数方程进行求解，找出函数拐点；
步骤5，将拐点坐标对照步骤3中建立的丰、枯水期河流流速与沿程距离对应关系进行验证，识别出发生流速突变的拐点，将流速突变拐点的位置确定为河湖过渡区上边界；
步骤6，根据河湖过渡区流速模拟结果，提取流速线，明确流速分布状况，计算最外侧流速线间的流速梯度；
步骤7，根据步骤6中计算的流速梯度结果，比较流速梯度大小，确定河湖过渡区下边界，河湖过渡区上边界和河湖过渡区下边界共同组成了河湖过渡区的水文边界。


2.根据权利要求1所述的河湖过渡区水文边界界定方法，其特征在于，在步骤1中，还包括以下步骤：
步骤1.1，获取研究区河流及湖泊水文站点一个水文年的水文数据，水文数据包括流量、水位、流速数据；
步骤1.2，获取研究区入湖河流的断面数据，断面数据包括河宽、右岸最低点、左岸最低点、河床最低点数据；
步骤1.3，获取研究区湖泊的湖底高程数据，湖底高程数据为通过DEM高程数据提取的湖泊地形数据；
步骤1.4，获取覆盖研究区的气象站点的气象数据，气象数据包括风速、风向、蒸发量、降水量数据。


3.根据权利要求1所述的河湖过渡区水文边界界定方法，其特征在于，在步骤2中，还包括以下步骤：
步骤2.1，按照如下公式(1)，利用MIKEZERO软件平台中的MIKE11模块建立河流一维水动力模型，河流水流运动规律符合Saint-Venant方程组，见以下公式(1)，河流水文数据包括模型范围内河流入口端的流量，出口端的水位数据，作为模型边界，河流断面数据作为模型的地形输入地形基础，运转模型，提取河流主要水文站点的水位或流量模拟数据和实测数据进行对比，不断调整模型参数，直至模拟数据与实测数据相吻合，即完成模型的验证；



式中：x、t分别为沿河长距离和时间；Q为流量，单位为m3/s；A为过水断面面积，单位为m2；h为水位，单位为m；R为水力半径，单位为m；C为谢才系数；α为动量校正系数；g为重力加速度；
步骤2.2，利用MIKEZERO软件平台中的MIKE21模块，建立湖泊二维水动力模型，其水动力过程遵循Navier-Stokes平均方程沿水深积分的连续性方程和动量方程，见以下公式(2)、以下公式(3)和以下公式(4)，水文数据包括湖泊的水位、入湖河流流量和出湖流量作为模型的边界输入，气象数据作为模型蒸发、降水、风力模块的输入，湖底高程数据作为模型的地形基础，提取湖泊...

【专利技术属性】
技术研发人员：田凯，赵彦伟，杨薇，李春晖，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11