[发明专利]一种适用于半干旱半湿润地区的洪水预报方法

说明书

本发明公开了一种用于半干旱半湿润地区的基于改进双超模型的洪水预报方法，包括：基于GIS平台对研究区DEM数据进行前期处理，获取子流域地貌特征参数；并基于此建立子流域R‑V地貌瞬时单位线（RGIUH）；然后以地貌瞬时单位线法替代双超模型中的汇流计算方法构建双超‑RGIUH模型，该洪水预报模型在参数率定后，用于进行半干旱半湿润地区的洪水预报。本发明提供了一种半干旱半湿润地区的洪水预报方法，对于提高洪水预报精度及无资料地区洪水预报研究具有重要意义，为完善半干旱半湿润地区洪灾防御体系提供技术支持。

技术领域

本发明涉及半干旱半湿润地区的洪水预报研究领域，具体涉及一种基于地貌瞬时单位线改进双超模型的用于半干旱半湿润地区的洪水预报方法。

背景技术

对于半干旱半湿润无资料地区的洪水分析，往往基于经验性公式推算设计洪水，而对洪水预报的研究相对匮乏。主要原因在于针对半干旱半湿润地区产流机制的模型较少，且水文资料的缺失致使流域汇流过程难以合理描述，因而半干旱半湿润无资料地区的洪水预报精度常常无法满足防洪需要。

针对半干旱半湿润地区的产流机制，王印杰提出了双超产流模式。他认为半干旱半湿润地区“超渗”“超持”两种产流现象同时存在，若降雨强度超过入渗能力，则由于“超渗”形成地表径流，下渗的水分补充土壤含水量，土壤水分达到饱和后由于“超持”形成壤中流和地下径流。基于双超产流模式建立的双超模型，包括双超产流模块及汇流模块的计算，模型先基于双超产流模块进行地表径流计算、壤中流和地下径流及蒸散发计算，再通过汇流模块对产流过程进行汇流计算，最终获取流域出口断面径流过程。

已有双超模型的汇流模块选用传统单位线法或滞后演算法对产流过程进行汇流计算。这两类汇流计算方法，或受到资料限制，或算法参数需依赖于降雨观测资料率定得到，使其在半干旱半湿润地区，尤其是无资料地区的应用较为困难。而随着地理信息系统(GIS)、计算机的发展与数字高程模型(DEM)的出现，以地貌特征反映流域汇流特性的地貌瞬时单位线(RGIUH)在描述流域汇流过程时展现出较强优势。RGIUH是一种基于物理基础的汇流模型，较黑箱方法推求的单位线更加能够反映流域实际情况，为无资料地区汇流机制研究提供一种新方法。

发明内容

本发明旨在提供一种用于半干旱半湿润地区的基于改进双超模型的洪水预报方法，基于针对半干旱半湿润地区产流特点构建的双超模型，以具有物理基础的地貌瞬时单位线(RGIUH)改进双超模型中的汇流模块，建立适用于半干旱半湿润地区的洪水预报模型。RGIUH通过基于DEM提取的地貌特征反映流域汇流特性，为半干旱半湿润地区尤其是无资料地区的洪水预报研究提供新的方法。首先基于DEM获取流域地貌特征参数，建立研究区地貌瞬时单位线RGIUH，并以RGIUH改进双超模型中的汇流模块，构建双超—RGIUH模型，用于进行半干旱半湿润无资料地区的洪水预报研究，为提高洪水预报精度、完善半干旱半湿润地区洪灾防御体系具有重要的理论价值和现实意义。

本发明提供了一种用于半干旱半湿润地区的基于改进双超模型的洪水预报方法，包括：基于GIS平台对研究区DEM数据进行前期处理，根据斯特拉勒Strahler河流分级法获取子流域地貌特征参数；并基于地貌特征参数建立子流域R-V地貌瞬时单位线RGIUH；然后以地貌瞬时单位线法替代双超模型中的汇流计算方法构建双超-RGIUH模型，仍以双超产流模块进行产流计算，而以RGIUH汇流模块替代原汇流模块进行流域汇流计算，实现流域洪水过程模拟；洪水预报模型在参数率定后，用于进行半干旱半湿润地区的洪水预报。

上述方法中，基于GIS平台对研究区DEM数据进行前期处理的具体步骤如下：

(1)为保证水流方向判断正确、保证水流流出栅格，首先基于ArcGIS软件对原始DEM数据进行填洼处理，生成无洼地DEM；采用D8单流向算法计算水流方向，识别洼地区域，通过统计洼地区域的最低高程(指高程最小值)进而计算洼地深度，并分析洼地形成原因是否为数据误差；对于数据误差造成的洼地，需设置合理的阈值，对小于该阈值的洼地进行填充处理；该步骤需要进行多次；