流溪河模型V301課件

流溪河模型

LiuxiheModel，2010年7月15主要內(nèi)容流溪河模型理論與方法流溪河模型數(shù)據(jù)需求與挖掘流溪河模型參數(shù)推求方法流溪河模型部分研究成果CYB流溪河模型系統(tǒng)介紹流溪河模型研發(fā)歷程與工程示范后續(xù)工作流溪河模型理論與方法什么是流溪河模型中山大學(xué)陳洋波教授領(lǐng)導(dǎo)的水災(zāi)害與水利信息化國(guó)際科技團(tuán)隊(duì)經(jīng)10余年研究開(kāi)發(fā)而成的主要用于流域洪水預(yù)報(bào)的分布式物理水文模型因在流溪河流域洪水預(yù)報(bào)中首先研究成功而得名開(kāi)發(fā)的流溪河模型軟件系統(tǒng)CYB.LMS，獲國(guó)家計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記流溪河模型的總體思路

從垂直方向?qū)卧殖扇龑又脖桓采w層（CanopyLayer）：地表面至樹(shù)葉頂部的空間區(qū)域。假定蒸散發(fā)只發(fā)生在植被覆蓋層，各單元流域的蒸散發(fā)量之間沒(méi)有相互影響地表層（SoilLayer）：地表面往地下若干深度的淺表土壤層，具有調(diào)蓄水能力地下層（UndergroundLayer）：地表層以下的含水層對(duì)地下層不進(jìn)行網(wǎng)格劃分，整個(gè)流域的地下層看作一個(gè)整體流溪河模型的總體思路在單元流域?qū)哟芜M(jìn)行產(chǎn)流量計(jì)算在流域?qū)哟芜M(jìn)行匯流計(jì)算流溪河模型的總體思路模型分成6個(gè)獨(dú)立的部分，每個(gè)部分稱(chēng)為一個(gè)模塊數(shù)據(jù)處理與流域劃分模塊收集流域特性數(shù)據(jù)，包括DEM，土地利用類(lèi)型，土壤類(lèi)型將流域劃分成單元流域，分成三種類(lèi)型之一確定單元流域的物理特性估算單元流域上的降雨蒸散發(fā)模塊產(chǎn)流模塊匯流模塊參數(shù)確定模塊洪水模擬模塊蒸散發(fā)模塊

E：為實(shí)際蒸散發(fā)量：田間持水量：凋萎含水量：土壤當(dāng)前含水量：潛在蒸發(fā)率：蒸發(fā)系數(shù)

ES=0產(chǎn)流計(jì)算模塊按蓄滿(mǎn)產(chǎn)流模式計(jì)算地表產(chǎn)流量由降雨引起的水流運(yùn)動(dòng)過(guò)程描述單元流域上的降雨扣除蒸散發(fā)后的部分稱(chēng)為凈雨當(dāng)凈雨大于零時(shí)，凈雨通過(guò)下滲作用進(jìn)入地表層中的土壤中，補(bǔ)充地表層中含水量的不足只有當(dāng)?shù)乇韺有顫M(mǎn)時(shí)，即土壤含水量達(dá)到飽和含水量時(shí)，多余水量轉(zhuǎn)變?yōu)榈乇韽搅鳟a(chǎn)流計(jì)算模塊壤中流的計(jì)算當(dāng)土壤層中的蓄水量超過(guò)田間持水量時(shí)，土壤中的水向地下層滲漏同時(shí)形成壤中流，向下游單元作側(cè)向流動(dòng)壤中流根據(jù)達(dá)西公式和水量平衡公式計(jì)算匯流計(jì)算模塊邊坡匯流（hillsloperouting）河道匯流（riverrouting）水庫(kù)匯流(reservoirrouting)壤中流匯流（subsurfacerouting）地下徑流匯流(undergroundrouting)邊坡匯流計(jì)算方法采用一維運(yùn)動(dòng)波法進(jìn)行邊坡匯流計(jì)算忽略圣維南方程組的運(yùn)動(dòng)方程中的慣性項(xiàng)和壓力項(xiàng)只考慮摩阻比降和坡度的影響，即摩阻比降等于坡度式中：Q為流量，h為徑流深，q為單元側(cè)向入流，包括地表徑流產(chǎn)流量和上單元匯入的壤中流。邊坡匯流計(jì)算方法假定在一個(gè)單元內(nèi)，邊坡的形狀可抽象為一個(gè)平順的三角形邊坡，地表徑流在邊坡上是均勻分布的，水流是均勻流，則邊坡上的地表徑流匯流速度可根據(jù)曼寧公式計(jì)算如下：?jiǎn)卧饔虺隹诘牧髁靠捎?jì)算如下

改寫(xiě)上式河道匯流計(jì)算方法河道匯流采用一維擴(kuò)散波法忽略圣維南方程組的運(yùn)動(dòng)方程中的慣性項(xiàng)考慮摩阻比降與坡度及壓力項(xiàng)的差Q為過(guò)水?dāng)嗝媪髁?，A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，q為側(cè)向補(bǔ)給水量，即本單元上產(chǎn)生的地表徑流量及上單元匯入的地表徑流量，當(dāng)本單元有支流匯入時(shí)，還應(yīng)該包括支流的匯入水量。河道匯流計(jì)算方法在流域的中上游地區(qū)及少資料及無(wú)資料地區(qū)，河流斷面的形狀及尺寸資料不易確定在流溪河模型中，將河流斷面概化為梯形A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，h為徑流深，w為梯形底寬，為河流側(cè)面坡度河道匯流計(jì)算方法過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA的計(jì)算公式如下對(duì)上式進(jìn)行變換，得到如下的公式

則h可通過(guò)如下的公式計(jì)算

則可按如下的差分公式近似計(jì)算

河道匯流計(jì)算方法記則代入圣維南方程組的質(zhì)量方程中有

采用有限差分法，將上式離散為

采用牛頓迭代法進(jìn)行迭代計(jì)算，公式如下

水庫(kù)單元匯流計(jì)算方法洪水在水庫(kù)中的傳播速度非?？欤话阋扔?jì)算時(shí)段短很多忽略洪水在水庫(kù)中的傳播時(shí)間，認(rèn)為水庫(kù)單元上的流量就是進(jìn)入水庫(kù)的流量將所有水庫(kù)單元上的流量相加，就可得到入庫(kù)流量通過(guò)設(shè)置水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)水位的預(yù)報(bào)地下徑流匯流計(jì)算方法流溪河模型將地下層作為一個(gè)整體，不劃分成單元按集總式方法進(jìn)行地下徑流匯流計(jì)算采用線(xiàn)性水庫(kù)法進(jìn)行地下徑流匯流計(jì)算流溪河模型建模需要的數(shù)據(jù)流域物理特性數(shù)據(jù)DEM土地利用類(lèi)型土壤類(lèi)型氣象數(shù)據(jù)蒸發(fā)率河網(wǎng)及斷面尺寸數(shù)據(jù)河網(wǎng)組成斷面形狀及尺寸水文數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)降雨實(shí)測(cè)流量流域物理特性數(shù)據(jù)獲取DEM高分辨率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，全國(guó)1:1萬(wàn)，局部更高網(wǎng)上全球范圍內(nèi)的免費(fèi)數(shù)據(jù)HYDRO1K數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)，美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局(USGS)免費(fèi)提供http：///gtopo30/hydro

，分辨率為1kmx1km，相對(duì)較低，可在大流域模擬時(shí)使用SRTM數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)，90mx90m,30mx30m,，在山區(qū)等地形較陡的地區(qū)效果較好，基本可滿(mǎn)足流溪河模型建模需求單元?jiǎng)澐趾拥绬卧獎(jiǎng)澐钟?jì)算累積流：累積流入單元格的上游單元的個(gè)數(shù)設(shè)定累積流的閥值累積流值大于閥值的單元為河道單元單元?jiǎng)澐炙畮?kù)單元?jiǎng)澐衷O(shè)定水庫(kù)的控制水位高程低于控制水位的單元為水庫(kù)單元邊坡單元?jiǎng)澐址呛拥绬卧退畮?kù)單元的單元累積流閥值的討論累積流取值不同，河道單元?jiǎng)澐植煌拥婪旨?jí)strahler河道分級(jí)河道的最低級(jí)支流均命名為第1級(jí)低級(jí)支流匯入高級(jí)支流時(shí)，級(jí)別不增加同級(jí)支流相匯時(shí)，級(jí)別增加1級(jí)河道分級(jí)累積流閥值的臨界值：當(dāng)累積流值增加1時(shí)，河道分級(jí)增加1級(jí)河道分段將同一級(jí)河道分成若干段每一段為一個(gè)虛擬河段虛擬河段各單元斷面尺寸相同

河道分段結(jié)點(diǎn)設(shè)置：結(jié)點(diǎn)間的河段為一個(gè)虛擬河段兩條或以上河流的交匯點(diǎn)處河道的寬度明顯變窄處河道流向明顯變化處河道底坡明顯變化處河段較長(zhǎng)時(shí)分段輔助工具：GoogleEarth遙感影像覆蓋全球，適用范圍廣精度可基本滿(mǎn)足洪水預(yù)報(bào)要求河道斷面尺寸估算假定河道斷面形狀為梯形，3個(gè)斷面數(shù)據(jù)河道底寬GoogleEarth遙感影像河道底坡根據(jù)DEM估算河道側(cè)坡根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在無(wú)條件時(shí)可假定為90度流溪河模型參數(shù)推求參數(shù)類(lèi)型參數(shù)名稱(chēng)氣候參數(shù)潛在蒸發(fā)率地形參數(shù)流向、坡度土壤參數(shù)土壤層厚度、飽和含水率、田間持水率、凋萎含水率、土壤飽和水力傳導(dǎo)率、地下徑流消退系數(shù)土地利用參數(shù)糙率（邊坡/河道)、蒸發(fā)系數(shù)流溪河模型參數(shù)流溪河模型參數(shù)分類(lèi)不可調(diào)參數(shù)：直接通過(guò)流域物理特性數(shù)據(jù)計(jì)算流向坡度可調(diào)參數(shù)：在初值基礎(chǔ)上通過(guò)