[发明专利]一种栅格尺度基于地形地貌的多模式产流计算方法

说明书

本发明公开了一种栅格尺度基于地形地貌的多模式产流计算方法，包括以下步骤：获取流域DEM数据并计算栅格的河面落差、坡度和地形湿度指数值；计算三个指标的累积分布函数，将非水体栅格分为洼地、坡地、高地超渗区和高地下渗区四种下垫面类型，得到四种类型的先验概率；利用最大似然分类法迭代计算各个栅格对每种下垫面类型的隶属度；将每种下垫面类型的产流作为一种产流模式，根据每个栅格的下垫面类型隶属度判别产流的模式和组成，将各产流模式对应的产流量加权叠加得到最终产流量。本发明通过对流域下垫面进行分类并基于栅格对各产流模式的隶属度加权计算得到最终产流量，减少了人为确定分类阈值带来的主观性，促进分布式产流模型的发展。

技术领域

本发明属于水文预报领域，具体涉及一种栅格尺度基于地形地貌的产流模式最大似然判别与产流计算方法。

背景技术

产流是流域水文过程的重要组成部分，因此产流计算也是水文预报中的关键环节。降雨和下垫面因子的空间异质性导致了产流的空间不均匀性，而传统的集总式产流模型无法描述这种空间分布的复杂性。因此，分布式产流模型的构建是当前国内外研究的前沿和热点问题。依据地形、地质、土地利用、土壤类型等下垫面因子的水文和水力特征，分布式产流模型将流域划分为异质性空间计算单元，从而更加客观、合理地刻画产流分布。利用主导产流模式的识别划分流域水文单元是其中的方法之一，但人为确定分类阈值存在较强的主观性与经验性，且下垫面类型与产流模式的一对一构建无法刻画产流的复杂性。为此，需要设计一种新的技术方案给予解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种栅格尺度基于地形地貌的产流模式最大似然判别与产流计算方法，利用数理统计原理计算流域栅格对各下垫面类型的隶属度，构建不同下垫面类型下的概念性产流模型，将不同模式下的产流量加权叠加得到各栅格的最终产流量，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：

一种栅格尺度基于地形地貌的多模式产流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取流域DEM数据并在此基础上计算栅格的河面落差(H)、坡度(Slope)和地形湿度指数(TWI)值；

步骤2，计算三个指标的累积分布函数，将非水体栅格分为洼地、坡地、高地超渗区和高地下渗区四类，得到四种类型的先验概率；

步骤3，利用最大似然分类法迭代得到各个栅格对每种下垫面类型的隶属度；

步骤4，在不同类型下垫面上建立不同的产流模式，将各类型对应的产流量根据下垫面类型隶属度加权叠加得到最终产流量。

所述步骤1中河面落差、坡度、地形湿度指数分别为：

H＝d-d₀ (1)

式中，H为河面落差，Slope为坡度，TWI为地形湿度指数，d为栅格所在高程，d₀为沿着经过该栅格的流线方向所到达的第一个水体栅格的高程，和分别为栅格在水平和垂直方向的高程变化率，a为栅格单宽累积面积。

所述步骤2中计算三个指标的累积分布函数，将非水体栅格分为洼地、坡地、高地超渗区和高地下渗区四类，得到四种类型的先验概率，具体步骤包括：

步骤21，提取除水体外所有栅格的H、Slope和TWI值，分别从大到小排列得到各自的累积分布函数，从而得到栅格各指标的概率分布：

F_H(x)＝n₁/N_t (4)

F_Slope(x)＝n₂/N_t (5)