[发明专利]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

权利要求书

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；所述构建的具体过程是：

(4.1)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E_U、E_L和E_D和各层时变的蓄水量WU、WL和WD；具体计算公式为：

a.令E_P＝K×E_M，当P+WU≥E_P时

E_U＝E_P,E_L＝0,E_D＝0

b.当P+WU＜E_P，WL≥C×WLM时

E_U＝WU+P,E_D＝0

c.当P+WU＜E_P，C×(E_P-E_U)≤WL＜C×WLM时

E_U＝WU+P,E_L＝C×(E_P-E_U),E_D＝0

d.当P+WU＜E_P，WL＜C×(E_P-E_U)时

E_U＝WU+P,E_L＝WL,E_D＝C×(E_P-E_U)-E_L

流域蒸散发量为E＝E_U+E_L+E_D；

式中：E_P为流域蒸散发能力；K为蒸散发折算系数；E_M为实测水面蒸发；WLM为下层的张力水蓄水容量；C为深层蒸散发系数；P代表降雨量；

(4.2)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

(4.3)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；f为产流面积；

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；

(4.4)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；QS(t)代表地表径流总入流，QI(t)代表壤中流流总入流，QG(t)代表地下径流总入流，t代表时间；

(4.5)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：

(a)蒸散发参数：K、WLM、C

(b)产流参数：WM、B

(c)分水源参数：SM、EX、KG、KI

(d)汇流参数：CS、CG、CI

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。