专利汇可以提供一种基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于改进新安江模型的适用于山丘区的 水 文预报方法,首先提取 地貌 数据建立数字高程模型(DEM);其次获取地貌参数并根据提取出来的地貌参数建立地貌单位线(GIUH);然后用地貌单位线代替新安江模型原本的汇流计算过程,以此构建的半分布式流域水文模型在率定之后用来进行山丘区的水文预报。本发明实现全局寻优,提高计算效率,提升模拟 精度 ,满足水文预报方法的多方面要求。,下面是一种基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法专利的具体信息内容。
1.一种基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)运用Arcgis软件提取地貌数据建立数字高程模型(DEM);
(2)根据斯特拉勒河流分级法以及“霍顿四大定律”获取区域地貌参数;
(3)根据获取的各类区域地貌参数建立地貌瞬时单位线(GIUH);
(4)构建以新安江模型和地貌单位线为基础的半分布式洪水预报模型,即XAJ-GIUH模型。
2.如权利要求1所述的基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法,其特征在于,步骤(1)的具体过程是:
1)将带有高程属性的等高线或者高程点数据导入Arcgis软件并将其转换为GIS可编辑的Shapefile文件;
2)进一步整理、检查并修正Shapefile文件中的数据错误;
3)运用修正完成的Shapefile文件生成矢量的数字高程三角模型TIN文件;
4)将矢量的TIN文件转换为栅格从而生成数字高程模型DEM。
3.如权利要求1所述的基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法,其特征在于,所述步骤(2)的具体过程是:
1)用Arcgis软件水文分析模块对原始DEM进行洼地填平,利用流向先识别出所有的洼地,计算它们的深度、区域以及位置,根据深度阈值和范围阈值判断哪些洼地是由于数据误差造成的,而哪些洼地又是真实的地表形态,然后,在填充时设置填充阈值,对小于阈值的洼地进行填平处理;
2)确定水流方向,利用8流向最陡坡度方法确定DEM中每一个网格单元的水流方向;
3)生成汇流累积量,根据单元的水流方向,计算出每一个网格单元的上游集水面积;
4)提取水系,提取不同集水面积阈值下的河网,利用河网总长度和河网平均坡降与集水面积阈值之间的关系确定理想的集水面积阈值,之后根据这个给定的集水面积阈值,凡是集水面积超过该阈值的网格均为河网单元,将这些河网单元连接,以此提取出符合流域地貌发育规律的河网;
5)提取参数,基于提取的河网,采用斯特拉勒分级法进行分级运算,将没有支流汇入的水系定义为1级别,两个相同级别的水系汇入某一河流时,河流等级增加1级,如果等级不同,则以最大等级作为河流的级别,依次分级完成所有定义,获得具有流域级别属性的河段数据,以此为基础可获得流域每一级别河段的条数、长度和集水面积及其他各项地貌特征值,
最后根据霍顿河系定律公式进行计算,即:
河数率:
河长率:
面积率:
式中,Nω—ω级河流的数目, —水系中ω级河流的平均长度, —平均ω级流域面积,Ω为水系最高级河流的级。带入之前获得的各项地貌特征值进行计算就可以获得流域的河数率、河长率和面积率等地貌参数。
4.如权利要求1所述的基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法,其特征在于,所述步骤(3)的具体过程是:
1)确定河流状态的转移概率以及初始概率;其中,由i级河流状态向比其更高级的j级河流状态的转移概率为:
式中:Nij为排入j级河流的i级河流数;Ni为i级河流的总数。
当i>1时,初始概率为:
式中: 分别为i级、j级河流的平均流域面积。
2)计算水质点流达出口处选择各可能路径出流的概率;选择某一条路径的概率可按下式计算:
其中,x1,x2,…,xk∈{r1,r2,…,ra,c1,c2,…,ca+1}
式中: 为水滴处于初始状态的概率,简称为初始概率; 为水滴从状态xk-1转移到状态xk的转移概率;
3)得出概率密度函数也就是地貌瞬时单位线GIUH的表达式:
式中: 为 的概率密度函数,k=1,2,…;
4)最后将地貌瞬时单位线转化为S曲线,求出无因次时段单位线:
u(Δt,t)=S(t)-S(t-Δt)
式中:Δt—净雨时段,取1h。
5.如权利要求1所述的基于改进新安江模型的适用于山丘区的水文预报方法,其特征在于,所述步骤(4)的具体过程是:
1)采用三层蒸散发模式进行蒸散发计算,其输入是蒸发皿实测水面蒸发,输出是上层、下层和深层三个土层时变的流域蒸散发量(EU、EL和ED)和各层时变的蓄水量(WU、WL和WD);
具体计算公式为:
a.令EP=K×EM,当P+WU≥EP时
EU=EP,EL=0,ED=0
b.当P+WU<EP,WL≥C×WLM时
EU=WU+P, ED=0
c.当P+WU<EP,C×(EP-EU)≤WL<C×WLM时
EU=WU+P,EL=C×(EP-EU),ED=0
d.当P+WU<EP,WL<C×(EP-EU)时
EU=WU+P,EL=WL,ED=C×(EP-EU)-EL
流域蒸散发量为E=EU+EL+ED;
式中:EP为流域蒸散发能力;K为蒸散发折算系数;EM为实测水面蒸发;WUM、WLM分别为上层和下层的张力水蓄水容量;C为深层蒸散发系数;
2)采用蓄满产流模式进行产流计算;模型采用蓄满产流机制是指在降雨过程中,直到土壤包气带含水量达到田间持水量时才能产流,而在达到田间持水量之前,所有来水均被土壤吸收而不产流。为了考虑张力水蓄水容量在流域上空间分布不均的问题,引入了抛物线型张力水蓄水容量分布曲线:
式中:f为产流面积;F为全流域面积;W′为流域单点张力水蓄量;WMM为流域单点最大张力水容量,WMM=WM×(1+B);WM为流域平均张力水容量;B为张力水蓄水容量曲线的方次;
令W0为流域初始土壤含水量,当W0=WM时,对应的张力水蓄水容量曲线纵坐标值A=WMM;当W0<WM时,可求得:
令PE为扣除雨期内蒸散发后的降雨量,当PE+A<WMM时,流域局部产流,相应的流域总产流量R为:
当PE+A≥WMM,即全流域产流时:
R=PE-WM+W0
3)进行分水源计算,即用自由水蓄水库法将水源划分为地面径流RS、壤中流RI和地下径流RG;与张力水蓄水容量曲线类似,引入自由水蓄水容量分布曲线来考虑自由水容量在产流面积上的空间分布不均性;该曲线的线型为:
式中:FR为产流面积,且FR=R/PE;S′为流域单点自由水蓄量;SMM为流域单点最大自由水容量,SMM=SM×(1+EX);SM为流域平均自由水容量;EX为自由水蓄水容量曲线的方次;
令S为流域自由水蓄水深,则当S=SM时,对应的自由水蓄水容量曲线纵坐标值AU=SMM;当S<SM时,可求得:
当PE+AU<SMM时,地面径流RS为:
当PE+AU≥SMM时,地面径流RS为:
RS=(PE+S-SM)×FR
相应的壤中流RI和地下径流RG为:
RI=KI×S×FR
RG=KG×S×FR
式中:KI为自由水蓄水库对壤中流的出流系数;KG为自由水蓄水库对地下径流的出流系数;
4)进行流域汇流计算,其中,坡地汇流采用线性水库法进行计算,而河网汇流则采用地貌单位线方法进行计算。计算公式为:
QS(t)=CS×QS(t-1)+(1-CS)×RS(t)×U
QI(t)=CI×QI(t-1)+(1-CI)×RI(t)×U
QG(t)=CG×QG(t-1)+(1-CG)×RG(t)×U
Q(t)=(QS(t)+QI(t)+QG(t))/U×GIUH
式中:U为单位折算系数,U=F(km2)/3.6Δt(h);CS为地表径流消退系数;CI为壤中流消退系数;CG为地下径流消退系数;GIUH为地貌单位线;
5)率定并验证参数,根据不同的计算模块,XAJ-GIUH模型参数可分为四个层次:
(1)蒸散发参数:K、WUM、WLM、C
(2)产流参数:WM、B、IMP
(3)分水源参数:SM、EX、KG、KI
(4)汇流参数:CS、CG、CI、V
通过实测资料定出一套适用的四个层次的参数,将其运用于该方法结合实际进行山丘区水文预报。
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