[发明专利]一种基于耗散-汇合结构的灌区水循环模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于耗散‑汇合结构的灌区水循环模型构建方法，包括划分汇水单元、耗散单元，空间计算单元，建立空间计算单元、汇水单元和耗散单元之间的拓扑关系；获取空间计算单元对应的气象信息、土地利用信息、土壤分布信息、水文地质参数信息，结合空间计算单元、汇水单元和耗散单元之间的拓扑关系，构建灌区分布式水循环模型。本发明解决了现有灌区水循环模型在解决引水分配结构、数量与过程模拟，以及与灌区排水过程、地下水变化耦合的问题，对灌区水资源调控及其循环转化规律的认识更加精细和准确。

技术领域

本发明属于农业灌区水资源计算领域，具体涉及一种基于耗散-汇合结构的灌区水循环模型构建方法。

背景技术

当前，我国灌溉农田生产了全国粮食总产量的70％、棉花总产量的80％和蔬菜总产量的90％，为粮食生产与供应发挥着重要作用。灌区作为农业生产发展的集中区域，具有较为可靠的水源和引、输、配水渠道系统以及相应排水沟道，根据种植作物生长灌溉需求，人工调配灌溉水量的时空分布，形成了典型的“自然-人工”二元水循环结构。

灌区一般分布在平原地区，无论是渠灌区还是井灌区均具有相对较好的水源条件。在渠灌区，普遍修建了干渠、支渠、斗渠、农渠等多级引水渠系，以及干沟、斗沟、支沟、农沟等多级排水沟道；井灌区则根据地下水赋存条件建设灌溉机井，通过灌溉机井抽水满足农田灌溉需求。因此，灌区引水系统的结构、分布，实质上已经形成了一套特征鲜明的水资源耗散体系，即灌溉水源通过各级渠道或灌溉机井输送分散至各灌溉田块，完成水资源由点、线扩散到面的过程。与此同时，灌区往往还有排涝、排盐的需求，进入田块未被消耗的水分通过地表和地下两条路径汇入各级排水沟，再汇流到排水干沟或河湖，流出灌区，形成了类似于河川径流的水资源汇合体系，完成面上水分经点、线集中汇合的过程。因而，如何精细模拟和反映灌区水循环特征与演变规律成为当前面临的难题之一。

目前，常见的水文模型(如SWAT模型，VIC模型等)在受人类活动影响较小的流域应用效果较为理想，但是对拥有复杂灌区耗散-汇合特征的引水、排水等水资源人工调控过程的模拟还存在巨大困难，一是难以有效提取灌区引排水及水系特征，二是对人工优化调控及田间管理的定量化描述不够精细。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于耗散-汇合结构的灌区水循环模型构建方法，该方法能够精细模拟具有典型耗散-汇流结构特征的灌区“自然-人工”二元水循环过程，从而能够更好认识灌区水资源演变规律，为灌区水资源高效利用提供支撑。为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于耗散-汇合结构的灌区水循环模型构建方法，包括：

(1)获取灌区DEM数据和排水系统信息，确定区域汇水路径，划分汇水单元；

(2)获取灌区供水系统分布信息，确定区域供水耗散结构，划分耗散单元；

(3)划分空间计算单元，建立空间计算单元、汇水单元和耗散单元之间的拓扑关系；

(4)获取空间计算单元对应的气象信息、土地利用信息、土壤分布信息、水文地质参数信息，结合空间计算单元、汇水单元和耗散单元之间的拓扑关系，构建灌区分布式水循环模型。

进一步地，步骤(1)具体过程为：

获取灌区DEM数据信息，基于此数据提取河流水系，并参考实际水系分布进行修正，确定每条河段的汇水范围；

在划分的每条河段的汇水范围基础上，基于灌区排水沟道分布，划分每条排水沟段对应的汇水范围，确定新的汇水范围，新的汇水范围为灌区汇水单元。

进一步地，步骤(2)具体过程为：

在划分的汇水单元基础上，基于灌区的多级引水渠系空间分布信息，划分每条引水渠段对应的供水范围，直至确定最末级渠系对应的灌溉田块，并建立每条引水渠耗散供水范围；