【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，属于水文学领域，主要用于采用历史数据，通过数据计算对干旱半干旱地区超大洪峰的模拟，为防洪减灾提供可靠的技术支撑。
技术介绍
1、洪水预报是防洪减灾重要的技术手段，业务化应用较多的方法是水文模型。在概念性水文模型中，水文循环被划分为若干相互关联的子系统，而产流计算则是最关键的一环。目前产流计算方法主要分为蓄满产流、超渗产流和混合产流三大类型。蓄满产流模式认为降雨会快速补充到土壤中，土壤饱和后多余的降雨即会产流，这种方法在我国南方湿润地区应用广泛且效果较好；超渗产流模式认为降雨对土壤含水量的补充受到下渗能力的限制，时段降雨超过下渗能力的部分即会产流，这种方法专为提高干旱半干旱地区洪水模拟精度而设计，但实际效果有限；混合产流模式认为以上两种产流模式同时存在，并以不同的时空方式组合，这一定程度上改善了干旱半干旱地区的洪水模拟，但精度仍然显著低于湿润地区。
2、干旱半干旱地区洪水模拟精度较低主要体现在两个方面：超大洪水的洪峰流量总会被低估；不同场次洪水的消退速度差异很大。无论使用何种产流模式都无法克服这两个问题，这意味着可能存在尚未被发现的产流模式，能够使地表径流的计算结果比超渗产流更大、地下径流并不稳定存在，而是与土壤含水量密切相关。
3、本专利技术致力于寻找一种全新的产流模式，解决目前面临的两个主要问题，提高半干旱地区的洪水模拟效果，为防洪减灾提供可靠的技术支撑。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种基于土壤蓄水量
2、为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：
3、一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，包括以下步骤：
4、步骤1、设计外溅判断准则；
5、步骤2、根据降雨量和土壤含水量计算溅起量；
6、步骤3、利用对数正态分布描绘溅起高度分布并计算溅出量；
7、步骤4、根据土壤含水量超出田间持水量的大小计算超持壤中流；
8、步骤5、对接汇流模型并重新率定参数。
9、建立了“溅射地表径流—超持壤中流”的全新产流模式。
10、进一步，步骤1提出了地表径流的单位线展开法，其原理为函数的最佳平方逼近。
11、对于给定函数f(x)，希望在一组基函数φ1(x),φ2(x),…,φn(x)中找到最佳的线性组合来逼近f(x)，即找到一组系数c1,c2,…,cn使得函数g(x)＝c1φ1(x)+c2φ2(x)+…+cnφn(x)与f(x)相接近，接近的准则为残差平方和最小：其中n为数据点的数量，xi为数据点的自变量值，构建正规方程组可以求解所有系数：
12、
13、对于一场洪水，首先基于已有水文模型的模拟结果分离出实际洪水的地表径流流量过程qs(t)，其次将率定得到的单位线uh(t)在时间轴上向后依次平移k-1个时段得到一系列函数uhk(t)，其中k＝1,2,…,n，n为洪水过程经历的时段总数。令f(x)＝qs(t)，φk(x)＝uhk(t)，假设uhk(t)构成了一个完备函数系，那么可以用uhk(t)对qs(t)进行展开(卷积反演)，其展开系数即为流域实际应有的地表径流产流量：
14、
15、进一步，步骤1定义了土壤含水量发生外溅的判定准则，记rs(t)为原产流模型计算的地表径流产流量，为流域实际应有的地表径流产流量，记峰现时间为t0，如果并且则判定该场洪水发生了土壤含水量外溅，应更换产流模型，其中δt为洪水的时间步长。这是因为当降雨过强时，流域土壤水箱的水会大量溅出，土壤含水量反而降低，使后续时段更难溅出，因此相较于蓄满产流和超渗产流而言，溅射产流模式的典型特征就是雨峰处产流量偏大，而雨峰过后的产流量会偏小。
16、进一步，步骤2定义了溅射产流中土壤水溅起的规则，假设时段初的土壤含水量为w0，时段降雨量为p，由于降雨猛烈地砸向土壤水箱，土壤含水量被分成两部分，a跟随降雨p被一起溅起，而b则仍然处于土壤水箱中，其大小由下式决定：
17、
18、b＝w0-a
19、其中a1,a2为参数，溅起的水总量为c＝p+a。a的表达式主要考虑了现实中溅水的情况，当降雨较小时，跟随降雨被溅起的水量几乎为0，而降雨较大时，跟随降雨被溅起的水量也会增加，但这种增加可能是非线性的，因此构造了一个幂函数的形式，其中a1代表增加的线性部分，a2代表增加的非线性部分。
20、进一步，步骤3认为水的溅起高度近似服从参数为μ,σ的对数正态分布
21、
22、根据现实中溅水的情况，雨强越强，溅起的水高度会整体变高，也会更加的分散，因此同样认为溅起高度的方差和均值同雨强呈现非线性关系而参数μ可以根据二者推求
23、
24、其中s1,s2,x1,x2为参数。设土壤水箱的高度wm为一个参数，水箱水面高度为b，当水的溅起高度超过wm-b时就会溅出，溅出量即为地表径流量
25、
26、其中erf为误差函数。溅起部分中剩余的水会落回土壤水箱
27、d＝c-rs
28、此时土壤水箱中的水量为b+d。
29、进一步，步骤4规定了土壤水箱的壤中流出流模式，即当土壤含水量w超过w田时，超出部分线性地产生了壤中流：
30、
31、此时土壤水箱中的水量为b+d-ri，即为下一时段初的土壤含水量。步骤2～4的计算过程如下图所示。
32、进一步，步骤5推荐汇流模块地表径流采用谢尔曼单位线汇流，地下径流采用线性水库汇流，在模型搭建完成后应使用梯度下降法对产流汇流蒸散发参数共同率定，这是由于模型结构非线性较强，参数较多且可能具有较强的相关性，应选择以寻优能力见长的梯度下降法。
33、
34、基于土壤蓄水量外溅的产流模式，对干旱半干旱地区的洪水模拟更加准确，尤其提高了对超大洪峰的模拟效果。本专利技术通过建立“溅射地表径流—超持壤中流”的产流模型，为洪水的发生提供了准确可靠的预警信息，对防洪减灾有着重要意义。
35、本专利技术一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，具有以下有益效果：
36、(1)本专利技术中的“溅射地表径流”允许时段产流量超过时段降雨量，相比于蓄满产流和超渗产流，这为超大洪峰的出现提供了更多理论上的可能性。
37、(2)本专利技术中的“超持壤中流”使含水量不同的洪水场次能呈现出截然不同的退水曲线，长时间充沛的降雨会充分补充土壤含水量，从而产生更多壤中流形成缓慢的退水曲线，而短时强降雨则不会形成壤中流，从而快速消退，这与干旱半干旱地区的洪水特征一致。
38、(3)本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤1提出了地表径流的单位线展开法，首先基于已有水文模型的模拟结果分离出实际洪水的地表径流流量过程QS(t)，其次将率定得到的单位线UH(t)在时间轴上向后依次平移k-1个时段得到一系列函数UHk(t)，其中k＝1,2,…,N，N为洪水过程经历的时段总数，假设UHk(t)构成了一个完备函数系，那么QS(t)可以被UHk(t)线性表示：
3.根据权利要求2所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤1定义了土壤含水量发生外溅的判定准则，记RS(t)为原产流模型计算的地表径流产流量，为流域实际应有的地表径流产流量，记峰现时间为t0，如果并且则判定该场洪水发生了土壤含水量外溅，应更换产流模型为溅射产流，其中Δt为洪水的时间步长；若土壤含水量没有发生外溅，则溅射产流不适用。
4.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤2定义了溅射产流中土壤水溅起的规则，假设时段初的土壤含水量为W0，
5.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤3认为水的溅起高度近似服从参数为μ,σ的对数正态分布，设土壤水箱的高度WM为一个参数，水箱水面高度为B，当水的溅起高度超过WM-B时就会溅出，溅出量即为地表径流量
6.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤4规定了土壤水箱的壤中流出流模式，即当土壤含水量W超过W田时，超出部分线性地产生壤中流：
7.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤5建立了“溅射地表径流—超持壤中流”的全新产流模式。
...【技术特征摘要】
1.一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤1提出了地表径流的单位线展开法，首先基于已有水文模型的模拟结果分离出实际洪水的地表径流流量过程qs(t)，其次将率定得到的单位线uh(t)在时间轴上向后依次平移k-1个时段得到一系列函数uhk(t)，其中k＝1,2,…,n，n为洪水过程经历的时段总数，假设uhk(t)构成了一个完备函数系，那么qs(t)可以被uhk(t)线性表示：
3.根据权利要求2所述一种基于土壤蓄水量外溅的产流模式，其特征在于：所述步骤1定义了土壤含水量发生外溅的判定准则，记rs(t)为原产流模型计算的地表径流产流量，为流域实际应有的地表径流产流量，记峰现时间为t0，如果并且则判定该场洪水发生了土壤含水量外溅，应更换产流模型为溅射产流，其中δt为洪水的时间步长；若土壤含水量没有发生外溅，则溅射产流不适用。
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：田济扬，段嘉程，康彦付，张婷，张博，李建柱，杨永森，
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：
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