[发明专利]一种基于流域水文模型的径流计算和预测方法

权利要求书

1.一种基于流域水文模型的径流计算和预测方法，其特征在于：按照下述步骤进行：

步骤1，建立流域水文模型，构建特征区域基础流域数据库；

特征区域基础流域数据库中的数据包括DEM高程数据、河网数据、土地利用数据、水文数据和气象数据；

步骤2，根据不同的特征区域基础流域数据，划分水文响应单元；

建立特征区域基础流域数据库后，首先，利用DEM高程数据提取流域河网分布，再根据河网分布进行子流域的划分，确定子流域的流域边界和流域面积；根据不同土地利用分布情况，进一步划分水文响应单元，流域水文模型模拟在降雨和蒸发驱动下,子流域的地表、土壤、地下径流传输过程，包括植被拦截、土壤蓄水、地表径流以及土壤对地下水的补给；

步骤3，输入本地化的模型数据；

完成水文响应单元的划分后，需要将气象数据以及历史径流实测值输入流域水文模型，接着利用流域水文模型进行水文模拟；

流域水文模型模拟了在降雨和蒸发驱动下流域内地表径流、土壤流、地下径流的总量：

式中，q_soil,q_gw,q_quick分别表示壤中流、地下水流和地表径流总量，mm/km²；As表示子流域流域面积；表示各子流域第j个土地利用类型的面积；ε表示基流指数；

步骤4，确定流域水文模型的模型参数；

计算壤中流的产流量，公式如下：

式中，R_eff表示水文有效降雨通量，m³/s/km²；q_soil,out表示壤中流和饱和过度的水量，m³/s/km²，T_soil表示快速流汇流时间常数，day；

快速流包括超渗地面径流q_inf，m³/s/km²以及饱和地面径流q_sat，m³/s/km²，快速流的产流量计算公式如下：

q_inf＝F_inf(R_eff-I)    (6)

q_sat＝q_soil,out-q_soil,max    (8)

式中，q_quick表示快速流流量，m³/s/km²；T_qucik表示快速流汇流时间常数，day；q_soil,max表示壤中流饱和过度的水量限值，m³/s/km²；F_inf表示超渗系数，无量纲；I表示超渗速率，m³/s/km²；

式中，q_gw表示地下流流量，m³/s/km²；T_gw表示地下水汇流时间常数，day；

河流流速与流至下游河流的径流量关系如下：

式中，q_reach,out表示流至下游河流的径流量，m³/s；a表示水流流速与河流流量之间的关系参数，m^-2；b表示水流流速与河流流量之间的关系参数，无量纲；v表示河流流速，m³/s；

步骤5，验证流域水文模型的正确性；

为了对模拟径流数据进行验证，采用水文过程模拟常用的2个指标评价流域水文模型在模拟中的适用程度，分别为相关系数R²、Nash-Sutcliffe效率系数，即N-S系数，其具体计算公式如下：

式中Q_m为观测值，m³/s；Q_s为模拟值，m³/s；Q_ma为某时间段内观测值的平均值，m³/s；Q_sa为模拟值的平均值，m³/s；n为时间长度；

步骤6，向流域水文模型中输入未来气候情景下流域内的气象数据，并对水文响应单元内的河流径流量进行预测；

输入全球区域气候模式下未来气候情景的降雨和气温数据，可以实现对降雨径流的情景预报，即能估算未来气候变化下水文响应单元内的河流径流量的变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于流域水文模型的径流计算和预测方法，其特征在于：在步骤5中，两个相关系数值R²越接近1，表明流域水文模型模拟值越接近实测值；N-S系数值取值为负无穷至1，N-S值接近1，表示模拟值越接近观测值，流域水文模型可信度高；N-S值接近0，表示模拟结果接近观测值的平均值水平，即总体结果可信，但过程模拟存在一定误差；如果N-S值远远小于0，则认为流域水文模型结果是不可信的。