一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，包括以下步骤：步骤1、数据收集与预处理；步骤2、岩溶区产流阈值分布计算；步骤3、岩溶区产流量计算；步骤4、岩溶区汇流量计算。本发明专利技术所述方法，基于岩溶区下垫面条件空间分布差异，岩溶区产流阈值普遍偏小且分布不均匀的特点，采用统计曲线表征岩溶区产流阈值的分布，并据此计算岩溶区产流量与汇流量，解决了以往岩溶区产汇流计算不准确、精度不高的问题，提高了岩溶区产汇流计算准确度，提升了岩溶区径流模拟预报精度，适用性广，具有很强的工程意义。具有很强的工程意义。具有很强的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法


[0001]本专利技术属于岩溶区产汇流计算
，具体涉及一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法。

技术介绍

[0002]全球约17％的人口生活在岩溶地区，随着经济社会的发展，岩溶地区水资源量需求增加，岩溶区径流模拟预报越来越引起人们的重视。岩溶区有着独特的流域特征，洞穴、管道、裂隙、孔隙发育后形成了特殊的储水介质和地下水系，流域的二元结构和开放性使得流域面积具有时空上的不稳定性。独特的流域特性造就了岩溶区水文特征的复杂性，流域存在两个水系：地表水系和地下水系，两者不断交互，多数情况下地下水系占比更大，出流过程呈高度非线性，流域洪水多呈现陡涨缓落的特点等，复杂的水文过程导致给岩溶区径流模拟预报精度不高。
[0003]受多种因素影响，岩溶水文模型发展较晚。目前常用的岩溶区产汇流计算主要可以分为两种，一种是采用已有的集总式水文模型，一种采用分布式水文模型计算每个单元的产流量并通过水力学方法计算汇流，由于观测手段、技术等条件的限制，岩溶区径流、地下水等数据资料短缺，分布式水文模型在岩溶区的运用受到一定限制，因此常采用集总式的方法进行岩溶区产汇流计算。但是常用的产汇流计算方法无法考虑岩溶区下垫面条件空间分布的差异性，无法反映岩溶区产汇流阈值不均的特点，因此导致了岩溶区水文模型精度不高，产汇流计算方法在岩溶区的运用效果不好，运用范围受限等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，以解决上述技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术公开一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、数据收集与预处理：收集目标岩溶区水文气象数据，包括该流域各雨量站点降水数据、该流域各蒸发站点蒸发数据；根据雨量站点分布采用泰森多边形法对降水数据进行计算处理得到流域面平均降水量P
t
，根据蒸发站点分布采用泰森多边形法对蒸发数据进行计算处理得到流域面平均蒸发量E
t
；
[0008]步骤2、岩溶区产流阈值分布计算：基于岩溶区产流阈值不均匀分布的特点，采用统计曲线表征岩溶区产流阈值的分布，岩溶区产流阈值分布曲线的计算公式为：
[0009][0010]式中，为岩溶区产流面积比例，f为岩溶区产流部分的面积，FR为岩溶区总面积；SSK为岩溶区单点产流阈值，SKMM为岩溶区单点最大产流阈值；kweb为岩溶区产流
阈值分布曲线的不均匀性指数；
[0011]步骤3、岩溶区产流量计算：根据岩溶区产流阈值分布，降雨超过产流阈值的部分产生快速出流，根据不同区域不同的产流阈值计算岩溶区快速出流量；根据岩溶区产流阈值分布，通过岩溶慢速出流系数计算岩溶区慢速出流量；岩溶区产流量为岩溶区快速出流量与岩溶区慢速出流量之和；
[0012]步骤4、岩溶区汇流量计算：根据岩溶区快速出流量与岩溶区慢速出流量分别进行汇流计算，得到岩溶区快速出流汇流量和岩溶区慢速出流汇流量，岩溶区汇流量为岩溶区快速出流汇流量与岩溶区慢速出流汇流量之和。
[0013]进一步的是，步骤3中所述岩溶区快速出流量的计算过程为：
[0014]首先计算流域初始时，岩溶区当前达到的最大产流阈值为：
[0015][0016]式中，AK为初始状态下岩溶区当前达到的最大产流阈值，SK为初始状态下已经达到的岩溶区内平均产流阈值，SKM为岩溶区内平均产流阈值；
[0017]根据公式(1)，岩溶区内平均产流阈值SKM为：
[0018]SKM＝SKMM/(1+kweb)(3)
[0019]然后根据步骤1中计算得到的流域面平均蒸发量E
t
，计算岩溶区潜在蒸散发能力为：
[0020]E
p
＝E
t
·
K
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]式中，E
p
为岩溶区潜在蒸散发能力，K为岩溶区潜在蒸散发折算系数；
[0022]根据步骤1中计算得到的流域面平均降水量P
t
，计算净雨量为：
[0023]PE＝max(0,P
t
‑
E
p
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]式中，PE为补充岩溶区的净雨量；
[0025]最后根据产流阈值分布计算岩溶区快速出流量为：
[0026][0027]式中，R
kq
为岩溶区快速出流量；
[0028]步骤3中所述岩溶区慢速出流量的计算过程为：
[0029]R
ks
＝kkg
·
(SK+PE
‑
R
kq
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030]式中，R
ks
为岩溶区速慢出流量，kkg为岩溶慢速出流系数。
[0031]进一步的是，步骤4中所述汇流计算采用线性水库法；所述岩溶区快速出流汇流量和岩溶区慢速出流汇流量的计算过程为：
[0032]所述岩溶区快速出流汇流量为：
[0033][0034]式中，Q
kq,t
为t时刻岩溶区快速出流汇流量，Q
kq,t
‑1为t
‑
1时刻岩溶区快速出流汇流量，a
kq
为快速岩溶流消退系数，R
kq,t
为t时刻岩溶区快速出流量；
[0035]所述岩溶区慢速出流汇流量为：
[0036][0037]式中，Q
ks,t
为t时刻岩溶区慢速出流汇流量，Q
ks,t
‑1为t
‑
1时刻岩溶区慢速出流汇流量，a
ks
为慢速岩溶流消退系数，R
ks,t
为t时刻岩溶区慢速出流量。
[0038]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，基于岩溶区下垫面条件空间分布差异，岩溶区产流阈值普遍偏小且分布不均匀的特点，采用统计曲线表征岩溶区产流阈值的分布，并据此计算岩溶区产流量与汇流量。本专利技术所述方法解决了以往岩溶区产汇流计算不准确、精度不高的问题，提高了岩溶区产汇流计算准确度，提升了岩溶区径流模拟预报精度，适用性广，具有很强的工程意义。
[0039]下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0040]图1为本专利技术所述方法流程示意图；
[0041]图2为岩溶区产流量计算示意图；
[0042]图3为流域出口流量的模拟值与实测值对比示意图。
具体实施方式
[0043]本专利技术公开一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、数据收集与预处理：收集目标岩溶区水文气象数据，包括该流域各雨量站点降水数据、该流域各蒸发站点蒸发数据；根据雨量站点分布采用泰森多边形法对降水数据进行计算处理得到流域面平均降水量P
t
，根据蒸发站点分布采用泰森多边形法对蒸发数据进行计算处理得到流域面平均蒸发量E
t
；步骤2、岩溶区产流阈值分布计算：基于岩溶区产流阈值不均匀分布的特点，采用统计曲线表征岩溶区产流阈值的分布，岩溶区产流阈值分布曲线的计算公式为：式中，为岩溶区产流面积比例，f为岩溶区产流部分的面积，FR为岩溶区总面积；SSK为岩溶区单点产流阈值，SKMM为岩溶区单点最大产流阈值；kweb为岩溶区产流阈值分布曲线的不均匀性指数；步骤3、岩溶区产流量计算：根据岩溶区产流阈值分布，降雨超过产流阈值的部分产生快速出流，根据不同区域不同的产流阈值计算岩溶区快速出流量；根据岩溶区产流阈值分布，通过岩溶慢速出流系数计算岩溶区慢速出流量；岩溶区产流量为岩溶区快速出流量与岩溶区慢速出流量之和；步骤4、岩溶区汇流量计算：根据岩溶区快速出流量与岩溶区慢速出流量分别进行汇流计算，得到岩溶区快速出流汇流量和岩溶区慢速出流汇流量，岩溶区汇流量为岩溶区快速出流汇流量与岩溶区慢速出流汇流量之和。2.根据权利要求1所述的一种考虑下垫面空间差异的岩溶区产汇流计算方法，其特征在于，步骤3中所述岩溶区快速出流量的计算过程为：首先计算流域初始时，岩溶区当前达到的最大产流阈值为：式中，AK为初始状态下岩溶区当前达到的最大产流阈值，SK为初始状态下已经达到的岩溶区内平均产流阈值，SKM为岩溶区内平均产流阈值；根据公式(1)，岩溶区内平均产流阈值SKM为：SKM＝SKMM/(1+kweb)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)然后根据步骤1中计算得到的流域面平均蒸发量E
t
，计算岩溶区潜在蒸散发能力为：E
p<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金涛，李明卫，罗健，安立军，周正媛，戴楠，张健民，张忠义，杨林，欧亚赫，陈静，罗洪武，龙正翔，
申请(专利权)人：贵州省水利水电工程咨询有限责任公司，
类型：发明
国别省市：