[发明专利]基于水动力相似的区域降雨模拟系统降雨过程设计方法

说明书

本发明公开了一种基于水动力相似的区域降雨模拟系统降雨过程设计方法，该方法包括获取研究流域的矢量信息，并将其按设定比例缩小得到的模型流域导入室内降雨区中；按照区域降雨人工模拟系统的空间剖分结构将室内降雨区划分成若干区块，并将模型流域位于的区块标记为流域子块；采用模型流域中雨量站测量的日降雨量及雨量站与流域子块的权重，计算流域子块的日降雨量；计算模型流域的室外小时降雨量；计算模型流域在室外的净雨量，根据模型流域的室外净雨量和室内出口断面流量，计算模型流域在室外的瞬时单位线；根据瞬时单位线构建室外净雨的时段单位线；计算模型流域的室内出口断面流量；之后根据时段单位线计算模型流域的室内净雨量。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种基于水动力相似的区域降雨模拟系统降雨过程设计方法。

背景技术

区域水文过程试验是当前水文试验研究的主要发展方向之一，开展室内区域水文过程试验首先需要根据试验研究目标科学设定室内区域降雨人工模拟系统的人工降雨过程。当前的人工降雨试验以点尺度的过程试验为主，其降雨过程的设定主要利用点尺度的降雨观测资料，选定典型降雨雨强和降雨历时作为人工降雨过程的设计依据。这些实验过程中一般强调降雨区域内的均匀度指标，而区域水文过程的研究对象强调指定区域内降雨、地形、径流等过程的相似性、一致性。由于两者之间的关注点不一致，当前科学设定区域人工降雨过程的方法还不多见，致使现有室内试验难以模拟野外研究区的人工降雨过程。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于水动力相似的区域降雨模拟系统降雨过程设计方法通过构建的时段单位线能够模拟野外研究区的人工降雨。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于地形比例尺的模型流域时段单位线，其包括：

获取研究流域的矢量信息，并将其按设定比例缩小得到的模型流域导入室内降雨区中；

按照区域降雨人工模拟系统的空间剖分结构将室内降雨区划分成若干区块，并将模型流域位于的区块标记为流域子块；

采用研究流域中雨量站测量的日降雨量及雨量站与流域子块的权重，计算流域子块的日降雨量；

采用流域子块的日降雨量、雨量雨力关系模型、降雨历时及每个流域子块中模型流域的占比，计算模型流域的室外小时降雨量；

计算模型流域在室外的净雨量R：

其中，I₀为室外初损值；为室外平均下渗率；t_c为产流历时；P_后为室外降雨后期不产流的雨量；D为模型流域的室外小时降雨量；

根据模型流域的室外净雨量和室内出口断面流量，计算模型流域在室外的瞬时单位线u(0，t)：

其中，n′为反应模型流域调蓄能力的参数；Γ(n′)为n′的伽马函数；k′为线性水库的调蓄系数；e为自然对数；t为时间变量；分别为室外出口断面流量Q的一阶和二阶原点矩；分别为室外净雨量R的一阶和二阶原点矩；

根据模型流域在室外的瞬时单位线，构建模型流域在室外净雨为z mm的时段单位线：

其中，q(Δt，t)为室外时段单位线；Δt为净雨时段；F为模型流域面积；

基于水动力过程相似原理，计算模型流域i时段末的室内出口断面流量Q_i′：