[发明专利]用于坡面水流多流向及流量分配算法的模拟实验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于坡面水流流向及流量分配算法模拟实验台，属于流域水文过程模拟技术领域。

背景技术

坡面水流通常是由降雨或融雪水流形成，在重力作用下沿坡面表层流动的一种薄层多流向水流，它是在降雨或融雪超过土壤入渗和地面洼蓄能力时产生的，在流域坡面漫流，其流向一般不单一，由于实际流域坡面地表复杂多变，因而坡面水流流向确定以及不同流向上的径流量分配是流域水文过程模拟的关键技术环节。

目前分布式水文模型在模拟坡面汇流时，常用算法有单流向最陡坡度算法、TOPMODEL模型地形指数Ln(α/tanβ)算法、多流向方向坡度算法，数学模型分别如下：

(一)、单流向最陡坡度算法

D8算法作为单流向法的典型代表算法，其采用如下：式(1)和式(2)计算水流方向：

θj=arctan(Zi-ZjDij)---(1);]]>

θ＝maxθ_j(j＝1,2,3…8)    (2)

上式(1)和式(2)中：

θ_j表示当前栅格指向相邻栅格单元j的坡度；

Z_i表示当前栅格单元高程；

Z_j表示相邻栅格单元高程；

D_ij表示两个栅格单元中心之间的距离；

θ表示径流所取流向上的坡度(径流方向是地表坡度最陡的方向)。

(二)、TOPMODEL模型地形指数Ln(α/tanβ)算法

在TOPMODEL模型中利用地形指数Ln(α/tanβ)反映径流在任一位置上的累积趋势和重力使径流顺坡移动的趋势，其中α，tanβ常见计算式如下：

α＝A/L    (3)；

tanβ=Zi-ZjDij---(4)]]>

上式(3)和式(4)中：

A为进入栅格单元径流的总上游坡面积，反映径流在栅格单元的累积趋势；

L为与流向垂直的有效等高线长度；

α为径流坡面任一点单位等高线长度的汇流面积；

tanβ为单元栅格的坡角，反映在重力作用下径流顺坡向下流动的趋势；

Z_i表示当前栅格单元高程；

Z_j表示相邻栅格单元高程；

D_ij表示两个栅格单元中心之间的距离。

(三)、多流向方向坡度算法

多流向法按照坡度比例分配从较高栅格单元到相邻较低栅格单元的径流流量：