一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法技术

本发明专利技术公开了海绵流域建设与评价技术领域的一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，旨在解决现有技术中灰色基础设施调蓄作用评估依赖于水库长系列的水文观测资料，无法解决在观测资料缺乏条件下以及在流域尺度上的调节能力评价的技术问题。所述方法包括如下步骤：将目标流域划分为不少于两个流域评价单元；求取流域评价单元的来水量；基于目标流域内灰色基础设施的基本属性信息和流域评价单元的来水量，求取流域评价单元的库容系数或／和复蓄系数；基于目标流域内各流域评价单元的库容系数或／和复蓄系数，评价目标流域内灰色基础设施的调蓄能力。

【技术实现步骤摘要】
一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法
本专利技术涉及一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，属于基础设施调蓄能力评价

技术介绍
在没有人类活动干预的状态下，流域通过天然地表覆被、土壤和地下水含水层，对坡面-河道、地表-土壤-地下水等水循环过程进行调节，水循环过程具有显著的一致性特征。随着人类活动的深入影响，取水-输水-用水-耗水-排水等社会循环过程日益加强，水循环与其伴生过程发生了显著变化，流域水文状态呈现出明显的非一致性特征，导致极端事件频发，旱涝灾害加重。为此，需以“生态海绵流域”理论为指导，全面提高流域的综合调节能力，有效应对水循环的“极值化”趋势。灰色基础设施(水库、坑塘、堤防、渠系等)是人工调节系统的主体。与土壤、植被等面状海绵设施不同，灰色基础设施呈点状，其调节作用主要发生在河道汇流过程。灰色基础设施的调节作用体现在削峰补枯，丰水期蓄滞洪水，枯水期作为供水水源。目前，对于灰色基础设施调蓄作用的评估，主要以单个水利工程或存在串并联关系的水库群为对象，该评价方法依赖于水库长系列的水文观测资料。然而现实工作生活中，小型水库、塘坝等小型灰色基础设施往往没有入库流量、蓄水量等观测资料，因而无法纳入评价体系。同时该评价方法无法解决在流域尺度上进行灰色基础设施调节能力的评价，因而存在较大局限性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，以解决现有技术中灰色基础设施调蓄作用评估依赖于水库长系列的水文观测资料，无法解决在观测资料缺乏条件下以及在流域尺度上的调节能力评价的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：将流域划分为若干个评价单元，通过水文模型模拟得到各评价单元内灰色基础设施的库前入流量，并结合评价单元内水库的固有属性信息，求取各评价单元的库容系数和复蓄系数，以综合量化评价单元的灰色基础设施的调蓄能力。本专利技术方法解决了灰色基础设施在缺乏水文观测资料条件下无法进行评价的问题，并将针对水库调蓄能力的评价方法扩展到流域，实现了调蓄能力评价由点到面的提升。评价方法结合了水文模型，考虑了流域的产流特性，具有准确性强的特点，得出的评价指标可以为生态海绵流域灰色基础设施的布设提供参考。附图说明图1是本专利技术方法的流程示意图；图2是本专利技术方法实施例中流域水库分布图；图3是本专利技术方法实施例中流域各评价单元的来水量分布图；图4是本专利技术方法实施例中流域库容系数评价结果图；图5是本专利技术方法实施例中流域复蓄系数评价结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术涉及生态海绵流域评价与建设中的海绵设施调蓄能力评价领域。目的在于提供一种科学、合理地计算流域内灰色基础设施调蓄能力的方法，从而为生态海绵流域灰色基础设施的现状评价、未来规划提供依据，着重解决流域尺度上、观测资料缺乏条件下灰色基础设施的调节能力评价问题。基于上述目的，本专利技术具体实施方式提供了一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，如图1所示，是本专利技术方法的流程示意图，包括如下步骤：步骤1，流域评价单元划分根据流域大小、水系结构及评价要求，将流域划分为合适的流域评价单元。流域评价单元划分可以从两种方式中选择：一种是将流域划分为大小一致的栅格，另一种是根据流域的水系拓扑结构将流域划分为子流域。步骤2，流域灰色基础设施基本属性数据收集与处理收集流域灰色基础设施的基本属性信息，以水库为例，所收集信息包括：兴利库容、总库容、设计年供水量，并统计每个流域评价单元中灰色基础设施各项基本属性之和。步骤3，来水量计算由于大部分灰色基础设施(尤其是坑塘、小型水库等小型灰色基础设施)没有连续的水文观测资料，本专利技术利用流域水文模型计算各评价单元的来水量。基于物理过程的分布式水文模型是估算自然状态下流域水资源分布的有效工具之一，各国研究团队开发了各种分布式水文模型来模拟和预测水文过程。本专利技术采用分布式水文模型模拟流域自然状态下的水循环过程。本专利技术中采用的水文模型为水文数学模型，是遵循数学表达式相似的原理来描述水文现象物理过程的模型。其中分布式水文模型通过水循环的动力学机制来描述和模拟流域水文过程的数学模型，模型根据水介质运动的物理性质来确定模型参数。与集总式模型相比，具有明确的物理意义，可以全面反映流域的空间差异性，更加准确详尽地描述了流域内真实的水文过程。水文数学模型可以采用各种专利技术人已知的，以网格或子流域为最小模拟单元的模型，或者根据实际情况创设并使用。以下以示例而非穷举的方式列出了一些可替代的水文数学模型：VIC模型，DHSVM模型，MIKE-SHE模型，GWAVA模型，SWAT模型，HEC模型，DTVGM模型。利用流域内的气象资料、土壤分布数据和土地利用数据驱动模型，利用流域出口站点的长系列水文观测资料率定模型，确保水文模型输出结果的精度。通过水文模型模拟得到各评价单元的长序列径流量，进一步获取各评价单元的上游多年平均来水量Wi，式中，i为流域内各评价单元的编号。所述上游多年平均来水量Wi，即流域评价单元多年平均径流量，也可理解为流域评价单元在预设历史期间内的平均来水量。步骤4，评价指标计算灰色基础设施的调蓄能力包括蓄水能力和调水能力两个方面。蓄水能力是调蓄能力中的基础部分，调水能力是调蓄能力中的兴利部分。类比水库，可采用库容系数和复蓄系数来综合量化评价单元的灰色基础设施的调蓄能力。库容系数为评价单元中蓄水工程总兴利库容与评价单元多年平均来水量的比值，表征蓄水工程对坝址以上集雨区内来水量的调节能力，其计算公式如下：式中，βi为第i个流域评价单元的库容系数，Vi为第i个流域评价单元内水库的总兴利库容，Wi为第i个流域评价单元内的多年平均径流量。复蓄系数为评价单元中灰色基础设施年供水量和总兴利库容的比值，代表雨水集蓄工程一年内蓄满的次数，其计算公式如下：式中，λi为第i个流域评价单元的复蓄系数，Gi为第i个评价单元内水库的总设计年供水量，Vi为第i个流域评价单元内水库的总兴利库容。下面将结合实施例对本专利技术方法所记载的技术方案进行完整详细的描述。实施例以资水隆回站以上流域作为目标流域，流域面积5547km2，位于湖南省邵阳市境内。为评价该目标流域内灰色基础设施的调蓄能力，采取如下步骤：步骤1，流域评价单元划分为了体现流域内部水文特性的空间异质性和灰色基础设施的空间分布，将流域划分为5km×5km的网格，共249个计算网格。以网格为评价单元，进行灰色基础设施调蓄能力的评价。步骤2，流域灰色基础设施基本属性数据收集与处理目标流域内灰色基础设施数据来源于湖南省水利普查数据。该流域内灰色基础设施以水库为例，共有水库356座，从工程等别来看，有7座中型水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，其特征是，包括如下步骤：/n将目标流域划分为不少于两个流域评价单元；/n求取流域评价单元的来水量；/n基于目标流域内灰色基础设施的基本属性信息和流域评价单元的来水量，求取流域评价单元的库容系数或/和复蓄系数；/n基于目标流域内各流域评价单元的库容系数或/和复蓄系数，评价目标流域内灰色基础设施的调蓄能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，其特征是，包括如下步骤：
将目标流域划分为不少于两个流域评价单元；
求取流域评价单元的来水量；
基于目标流域内灰色基础设施的基本属性信息和流域评价单元的来水量，求取流域评价单元的库容系数或/和复蓄系数；
基于目标流域内各流域评价单元的库容系数或/和复蓄系数，评价目标流域内灰色基础设施的调蓄能力。


2.根据权利要求1所述的流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，其特征是，所述流域评价单元的划分方法，包括：将目标流域划分为不少于两个大小一致的栅格作为流域评价单元；或基于目标流域的水系拓扑结构将目标流域划分为不少于两个子流域作为流域评价单元。


3.根据权利要求1所述的流域灰色基础设施的调蓄能力评价方法，其特征是，所述来水量的求取方法，包括：利用目标流域的水文模型求取流域评价单元的的来水量，所述水文模型，包括VIC模型、DHSVM模型、MIKE-SHE模型、GWAVA模型、SWAT模型、HEC模型、DTVGM模型中的至少任一项。


4.根据权利要求1所述的流域灰色基础设...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢子康，马苗苗，魏永强，衣鹏，田大作，赵伟明，
申请(专利权)人：河海大学，中国水利水电科学研究院，湖南省水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32