[发明专利]一种基于地形和土壤特性的分布式流域缺水量测算方法

摘要

本发明属于水利工程的水循环技术领域，特别是涉及一种基于地形和土壤特性的分布式流域缺水量测算方法。该方法包括步骤一流域下垫面基本数据处理、步骤二核算流域范围内的栅格地形指数、步骤三计算流域范围内的土壤特性参数、步骤四定量表达流域缺水量的分布和步骤五绘制流域缺水量累积分布曲线，从而得到分布式流域缺水量测算模型。本发明所得模型应用于实时洪水预报将可大幅度提高流域洪水预报的精度，为流域防洪预警等提供可靠的科学支撑。本发明既适用于集总式水文模型，又适用于分布式水文模型，将有效地推动流域水文科学研究的深入发展。

主权项

一种基于地形和土壤特性的分布式流域缺水量测算方法，包括：步骤一，流域下垫面基本数据处理：地理数据采集、计算栅格指标和核算栅格土壤信息；步骤二，核算流域范围内的栅格地形指数：一是根据流域高程栅格，分别计算栅格坡度角、积水面积，获得任意栅格的地形指数；二是确立流域栅格内地形指数，获得全流域地形指数分布；其特征在于还包括以下步骤：步骤三，计算流域范围内的土壤特性参数：一是根据流域栅格土壤信息，分别计算每个栅格的土壤类型及其所占比重；二是确立流域栅格内土壤特性参数信息，建立土壤类型与土壤水分指标的映射关系；步骤四，定量表达流域缺水量的分布：计算栅格型土壤缺水量指标，过程包括：(一)利用无降雨补给情况下土壤水分稳定状态分布曲线，以VG模型描述，积分获得达到田间持水量状态的土壤缺水量：Wf(D)=(D-ψc)(θf-θr)-[D(θs-θr)[1+(αD)n]1/n-ψc(θs-θr)[1+(αψc)n]1/n]---(1)]]>(二)利用空间尺度转化方法将土壤参数栅格化，结合实验方式获得各类土壤栅格内的土壤参数，通过这种方式获得式(1)中的θs、θr、ψc、θf、α、n参数；其中：θs为土壤饱和含水率；θr为土壤凋萎含水率；θf为土壤田间持水率；ψc为田间持水量时毛细作用水柱上升的高度；α为土壤特征曲线的经验参数1；n为土壤特征曲线的经验参数2；将式(1)中的地下水埋深D与地形指数通过建立如下关联式(2)～(4)：Di=D‾-Szm(tpi-λ‾)=-Szmtpi+C---(2)]]>C=D‾+Szmλ‾---(3)]]>tpi=lnaitanβi---(4)]]>式(2)中：D为地下水埋深；Szm为参数；为流域地下水平均埋深；为流域平均地形指数；tpi为地形指数；ai为第i点上游流域的面积；βi为第i点的角度坡度；(三)将式(4)代入式(1)计算栅格型土壤缺水量指标，该指标由流域内各栅格点缺水量与地形因子及土壤特征的相关表达式：Wf(D)i=(-Szmtpi+C-ψc)(θf-θr)-[(-Szmtpi+C)(θs-θr)[1+(α(-Szmtpi+C))n]1/n-ψc(θs-θr)[1+(αψc)n]1/n]---(5)]]>流域中各栅格点地形指数不同，土壤特征各异，通过式(5)得到每个栅格点上相应的缺水量指标；步骤五，绘制流域缺水量累积分布曲线：根据步骤四的结果，计算各子流域内栅格点的缺水量，按照从小到大的顺序排列，再根据栅格面积比绘制各子流域离散化的地形指数累积分布曲线，即流域的缺水量分布曲线，从而得到分布式流域缺水量测算模型。