[发明专利]一种坡面土壤侧向排水系数的动态计算方法

说明书

本发明公开了一种坡面土壤侧向排水系数的动态计算方法，方法包括：基于目标流域的数字高程数据将目标流域划分为多个正交栅格单元，获取其中的各个坡面栅格单元，计算各坡面栅格单元的坡度，进而计算各坡面栅格单元土壤最大侧向排水量，计算各坡面栅格单元的在目标时刻时坡面栅格单元的土壤水含量，进而计算坡面栅格单元在目标时刻的土壤侧向排水系数。本发明提供的方法所获取的坡面土壤侧向排水系数精度高，可靠性强，有助于基于该系数的水文模型在进行山区性中小流域洪水预报时的推广应用。

技术领域

本发明涉及水文技术领域，具体涉及一种坡面土壤侧向排水系数的动态计算方法。

背景技术

我国河流众多，流域面积200至3000km²的中小流域近9000个。近年来，受气候变化影响，由局地强降水造成的中小河流突发性洪水频繁发生，已成为造成人员伤亡的主要灾种。中小流域由于通常处于地形复杂、坡度陡峻的偏远山区，急促上涨的洪水极易形成危害当地的居民人身安全和社会经济的洪涝灾害，因此利用水文模型对中小流域洪水进行预报成为亟待解决的重要问题。

坡面土壤侧向排水系数是国内外的水文模型中应用较为广泛的一种土壤参数。坡面土壤侧向排水系数通常是指在水文模型计算的一个时段内，从计算单元的土壤侧向排出的水分与土壤含水量的比例。实际上，在不一样的土壤含水量状态下，单位时间段内流出的水分与土壤中能够自由流动的水分并不会同比例增加，这也是导致坡面土壤侧向排水系数发生变化的直接原因，也是水文模型发展过程中的重点和难点之一，且基于流域下垫面实际情况推算出可靠准确的坡面土壤侧向排水系数是水文模型应用时的关键问题。然而目前已有的推求坡面土壤侧向排水系数的方法大都没有考虑到流域中土壤含水量的实时动态变化，而在整个降雨-径流过程中采用一个固定的值，使计算的坡面土壤侧向排水系数精确性低，可靠性差。

发明内容

本发明的目的：提供一种考虑道流域中土壤含水量的动态计算坡面土壤侧向排水系数的方法。

技术方案：本发明提供的方法用于对目标流域中坡面土壤侧向排水系数进行动态计算，动态计算方法包括如下步骤：

步骤1：基于目标流域的数字高程数据，将目标流域划分为多个栅格单元；

步骤2：获取各栅格单元中的各个坡面栅格单元；

步骤3：分别针对各坡面栅格单元，将坡面栅格单元作为待处理单元，依次执行步骤3.1至步骤3.2，获取待处理单元对应目标时刻t的土壤侧向排水系数，进而获取各坡面栅格单元分别对应目标时刻t的土壤侧向排水系数，即目标流域中坡面土壤侧向排水系数：

步骤3.1：计算坡面栅格单元的坡度α，进而计算坡面栅格单元土壤最大侧向排水量Q_cri；

基于坡面栅格单元的土壤厚度和其水文特征数据，计算达到坡面栅格单元的土壤最大侧向排水量时，坡面栅格单元的临界土壤水含量θ_cri；

基于三层蒸散发原理，获取在目标时刻t时，坡面栅格单元的土壤水含量θ_t；

步骤3.2：根据土壤最大侧向排水量Q_cri、临界土壤水含量θ_cri、土壤水含量θ_t，计算坡面栅格单元在目标时刻t的土壤侧向排水系数Dr_t。

进一步的，在步骤3.1中，根据如下公式：

α＝DH_max/Dis

获取坡面栅格单元栅格单元的坡度α；

其中，DH_max和Dis分别为坡面栅格单元和最大相邻高程差栅格单元之间的高程差和水平投影距离；所述最大相邻高程差栅格单元为与坡面栅格单元相邻的各栅格单元中与坡面栅格单元栅格单元的高程值之差最大的栅格单元。