黃河數(shù)字流域模型(3月)

1、黃河數(shù)字流域模型王光謙教授清華大學(xué)水沙科學(xué)教育部重點實驗室一、數(shù)字流域的概念數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型原理三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論提綱數(shù)字流域的概念數(shù)字流域的內(nèi)涵： 對流域空間及水文信息的數(shù)字化描述。數(shù)字流域的外延： 對流域的過去、現(xiàn)在、未來以及可能發(fā)生的河流事件的信息描述和過程模擬，包括信息的表現(xiàn)手段和模擬的技術(shù)方法。數(shù)字流域的研究內(nèi)容 綜合處理流域的空間、地理、氣象、水

2、文和歷史水情等信息，應(yīng)用模擬、顯示等技術(shù)手段，描述流域過去、現(xiàn)在、將來可能發(fā)生的各種行為。數(shù)字流域整體框架數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析模型層由能夠模擬流域的某種現(xiàn)象或行為的各種功能模塊組成，模型庫技術(shù)是本層的核心技術(shù)應(yīng)用層由各種專題應(yīng)用系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，模型是核心，模型是核心，應(yīng)用是目標(biāo)國外主要研究Martz和Garbrecht，1996：數(shù)字河網(wǎng)提取，DEDNM模塊Vogt，2003：意大利河網(wǎng)提取中的CSA研究Turcotte,2001： 河網(wǎng)提取中的平地和湖泊處理研究Renssen & Knoop, Vorosmarty,2000： DEM提取全球河網(wǎng) N

3、agler，2004：科羅拉多河下游植被LAI、NDVI研究Biftu & Gan,2001: Alberta中部Paddle河流域模型研究（265km2）Bandaragoda,2004: Illinois河上建立TOPNET模型（2484km2）0303國內(nèi)主要研究吳險峰，劉昌明等：小花間盧氏以上（4623km2）等流時線法王中根，鄭紅星等：涇河流域（45421km2）TOPMODEL夏軍，王綱勝等：時變增益流域水文模型。（黑河干流11.6萬km2）郭生練，熊立華：大尺度流域半分布式月水量平衡模型，漢江流域（15.9萬km2），贛江流域（8.1萬km2）（30km30km)楊大文，李翀等：

4、黃河流域，全流域用10km10km的DEM進行河網(wǎng)劃分李蘭等：王瑤、陸渾、懷柔水庫的洪水預(yù)報。一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型原理數(shù)字流域模型原理三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論數(shù)字流域模型的提出 新的理論和概念的提出往往是為了解決一個現(xiàn)實的問題。 數(shù)字流域模型定位于大范圍、全流域級的水文過程模擬，是一個具有多層空間分辨率的、模型參數(shù)可以容易獲取的、能夠?qū)崿F(xiàn)并行計算的全流域級整體模型

5、。 數(shù)字流域模型的提出順應(yīng)了當(dāng)今流域管理數(shù)字化的需要，同時突破了分布式水文模型的某些局限。 分布式水文模型的局限 分布式水文模型的提出是為了解決水文過程的空間變異性問題，然而它提出以后的近10年里水文學(xué)家對分布式水文模型的研究并不多。即使是在現(xiàn)在，分布式水文模型的應(yīng)用仍然僅限于中小流域。分布式水文模型的兩根軟肋：（1）分布式水文模型的空間分布參數(shù)獲取困難，尤其是大范圍的分布式參數(shù)提??；（2）分布式模型的最大優(yōu)點將流域劃分成單元網(wǎng)格同時也是其致命弱點，網(wǎng)格的數(shù)量極限限制了模型在大流域的應(yīng)用。目前分布式模型的分塊方式 現(xiàn)在常見的分布式水文模型其流域劃分方式一般是矩形分塊模式，在每一個單元塊上進行水

6、份的垂直運動數(shù)學(xué)模擬，然后在單元塊之間建立水份的水平運動數(shù)學(xué)模型。數(shù)字流域模型的流域劃分方式 以流域地形的分水嶺為依據(jù)進行劃分，劃分的最小單元為河段，每個河段又分為左、右和源三個坡面數(shù)字流域模型框架示意圖數(shù)字流域模型的特點1、模型參數(shù)提取手段的現(xiàn)代化：模型參數(shù)直接從遙感圖像中提取。2、模型的結(jié)構(gòu)分級分層：提供多層空間分辨率的模型組織方式，可以建立全流域級的整體模型。3、計算機集群并行計算：突破大流域模型的計算瓶頸。數(shù)字流域模型分層示意圖黃河流域模型流域劃分黃河流域模型第一級達日達日瑪多瑪多瑪曲瑪曲唐乃亥唐乃亥貴德貴德循化循化蘭州蘭州下河沿下河沿青銅峽青銅峽石嘴山石嘴山昭君墳昭君墳頭道拐頭道拐吳

7、堡吳堡龍門龍門河津河津華縣華縣花園口花園口三門峽三門峽黃河流域模型第二級瑪多瑪多卡日曲卡日曲黃河流域模型第三級卡莫松多卡莫松多卡日涌卡日涌卡卡日日曲曲黃河流域模型坡面級SourceLeftRight黃河流域模型結(jié)構(gòu)圖數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型DEM數(shù)字高程流域水系模型數(shù)字高程流域水系模型DEDNM流域產(chǎn)流產(chǎn)沙單元生成流域產(chǎn)流產(chǎn)沙單元生成流域各級匯流河網(wǎng)生成流域各級匯流河網(wǎng)生成數(shù)字產(chǎn)流產(chǎn)沙模型數(shù)字產(chǎn)流產(chǎn)沙模型數(shù)字匯流輸沙模型數(shù)字匯流輸沙模型土壤水、蒸散發(fā)、徑土壤水、蒸散發(fā)、徑流深、土壤侵蝕模數(shù)流深、土壤侵蝕模數(shù)等空間分布數(shù)據(jù)等空間分布數(shù)據(jù)流域徑流及泥沙輸移過程流域徑流及泥沙輸移過程一、數(shù)字流域的概

8、念二、數(shù)字流域模型原理三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論DEM數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)數(shù)字高程模型(Digital Elevation Modal，簡稱DEM)是數(shù)字流域的基礎(chǔ)，也是流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模型的計算基礎(chǔ)。以往研究一個坡面或小流域，DEM往往只有單獨的一塊，以ASCII Grid文件格式存儲。但單獨的一塊DEM無法表達大面積的地形地貌信息。為此我們建立了一套完整的處理大流域DEM數(shù)據(jù)

9、的軟件系統(tǒng)，利用這個系統(tǒng)，可以在現(xiàn)有地形源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上快速地建立起一個大流域的數(shù)字高程模型，并且做到快速讀取大流域內(nèi)任何一個子流域的地形數(shù)據(jù)。1:25萬 819幅，分為100m100m格網(wǎng)和3”3”格網(wǎng)；1:10萬 全國除極少數(shù)地區(qū)都有；1: 5萬 24230幅，以Grid格式存儲,總數(shù)據(jù)量80G；1: 1萬 在一部分地區(qū)已經(jīng)建立起來了。 目前已有的地形數(shù)據(jù)1:10000地形圖覆蓋范圍地形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換地形數(shù)據(jù)的邊界處理地形數(shù)據(jù)的分塊存儲Index_Info Table的表結(jié)構(gòu) 字段名稱字段類型字段中文描述GridNameChar(32)柵格數(shù)據(jù)塊名稱TopGridChar(32)上面的柵格數(shù)據(jù)塊

10、名稱BottomGridChar(32)下面的柵格數(shù)據(jù)塊名稱LeftGridChar(32)左面的柵格數(shù)據(jù)塊名稱RightGridChar(32)右面的柵格數(shù)據(jù)塊名稱nColumnsNumber柵格數(shù)據(jù)塊的列數(shù)nRowsNumber柵格數(shù)據(jù)塊的行數(shù)CellSizeNumber單元格尺寸大小NoDataValueNumber無數(shù)據(jù)區(qū)域的默認值TopNumber柵格數(shù)據(jù)范圍頂部坐標(biāo)BottomNumber柵格數(shù)據(jù)范圍底部坐標(biāo)LeftNumber柵格數(shù)據(jù)范圍左邊坐標(biāo)RightNumber柵格數(shù)據(jù)范圍右邊坐標(biāo)FilePathChar(256)柵格數(shù)據(jù)文件存儲路徑RemarkChar(256)備注信息D

11、EM數(shù)據(jù)塊與黃河流域范圍的關(guān)系數(shù)據(jù)塊與黃河流域范圍的關(guān)系地形數(shù)據(jù)塊讀取的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)地形數(shù)據(jù)的跨塊讀取地形數(shù)據(jù)的讀取過程地形數(shù)據(jù)的讀取界面讀取單元流域地形數(shù)據(jù)結(jié)果讀取單元流域地形數(shù)據(jù)結(jié)果一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型原理三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論TOPAZ3.12提取河網(wǎng)界面提取河網(wǎng)界面TOPAZ3.12參數(shù)設(shè)定界面參數(shù)設(shè)定界面TOPAZ3.12河道劃分結(jié)果河道劃

12、分結(jié)果河道的Stralher分級河段信息表與河網(wǎng)的對應(yīng)關(guān)系一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論 已解譯好的遙感圖像一般是利用一定的灰度值或已解譯好的遙感圖像一般是利用一定的灰度值或RGB值來表示某種地物類型，因此可以根據(jù)地理坐標(biāo)由程序直值來表示某種地物類型，因此可以根據(jù)地理坐標(biāo)由程序直接讀取圖像文件上對應(yīng)處灰度值或接讀取圖像文件上對

13、應(yīng)處灰度值或RGB值，從而獲取地物值，從而獲取地物信息，比如土地利用信息，土壤類型，植被的信息，比如土地利用信息，土壤類型，植被的NDVI指數(shù)指數(shù)等。對于大范圍的地面參數(shù)信息提取，這種方法可以很好等。對于大范圍的地面參數(shù)信息提取，這種方法可以很好地保證數(shù)據(jù)的完備性。地保證數(shù)據(jù)的完備性。輸入：遙感專題圖，包括植被、土地利用類型、輸入：遙感專題圖，包括植被、土地利用類型、土壤類型、蒸發(fā)量專題圖土壤類型、蒸發(fā)量專題圖遙感專題圖基于遙感圖像的參數(shù)提取過程 黃河流域遙感專題圖土地利用土地利用植被覆蓋植被覆蓋土壤類型土壤類型陸面蒸發(fā)陸面蒸發(fā)模型基本單元的參數(shù)提取降雨量信息提取模塊降雨量信息提取模塊 在在G

14、IS控件上實現(xiàn)添加和減少雨量站點的功控件上實現(xiàn)添加和減少雨量站點的功能，然后采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法記錄雨能，然后采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法記錄雨量站的降雨記錄，程序根據(jù)輸入的地理坐標(biāo)搜量站的降雨記錄，程序根據(jù)輸入的地理坐標(biāo)搜索離計算單元最近的觀測站，利用觀測站的數(shù)索離計算單元最近的觀測站，利用觀測站的數(shù)據(jù)采用插值法（距離法，泰森多邊形法）推算據(jù)采用插值法（距離法，泰森多邊形法）推算各單元的降雨量信息，提供給產(chǎn)流產(chǎn)沙模塊使各單元的降雨量信息，提供給產(chǎn)流產(chǎn)沙模塊使用。用。（此模塊下，采用自主開發(fā)的（此模塊下，采用自主開發(fā)的TGIS控件）控件）降雨量數(shù)據(jù)的存取方式黃河流域所有雨量站分布圖 共有雨

15、量站共有雨量站2298個，基本覆蓋全流域個，基本覆蓋全流域通過雨量站插值獲得面上降雨序通過雨量站插值獲得面上降雨序列列距離插值法距離插值法簡單的距離權(quán)重插值法),(),(),(),(),(214421332122211121ttPttPttPttPttPnjnjkkknikkknjjiirrrr1121212211最近雨量站法岔巴溝流域雨量站分布圖岔巴溝流域雨量站分布圖計算單元中心坐標(biāo)計算單元中心坐標(biāo)添加，修改雨量站點（添加，修改雨量站點（GIS控件）控件）搜索最近位置的觀測站搜索最近位置的觀測站插值方法選擇（距離法、泰森多邊形法）插值方法選擇（距離法、泰森多邊形法）產(chǎn)流產(chǎn)沙計算模塊產(chǎn)流產(chǎn)沙計

16、算模塊降雨量信息提取模塊降雨量信息提取模塊降雨量信息提取流程降雨量數(shù)據(jù)提取結(jié)果一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論模型的基本單元 數(shù)字流域模型劃分的最小子流域具有二至三個坡面 左(Left) 右(Right) 源(Source) (Stralher Order = 1) 此產(chǎn)流模型將每個坡面稱為元流域(Meta Basin),在每個元流

17、域上進行概念型的產(chǎn)流模擬產(chǎn)流模型結(jié)構(gòu)圖中層土壤深層土壤溝道植被截流地表坡面表層土壤模型的時空尺度空間尺度基于網(wǎng)格單元的分布式物理模型 Vs. 基于子流域單元的分布式概念模型本模型以100m100m的DEM數(shù)據(jù)劃分流域,元流域的平均面積為（20km2，全流域； 0.37km2 ，粗沙區(qū)）與基于網(wǎng)格單元的空間劃分相比，此劃分方法能較大程度地將坡面與溝(河)道解耦,同時將不同子流域解耦,適合分布的和并行的計算模式時間尺度由于水文過程中水量蓄滯等因素的存在,越小的時間步長有越精確的結(jié)果.本模型的時間步長為 （1 hour、6分鐘）產(chǎn)流模型流程示意圖騰發(fā)騰發(fā)下滲表層土蓄積中層土蓄積深層土蓄積蒸發(fā)子流域內(nèi)

18、匯流超滲產(chǎn)流回補下滲回補下滲壤中流潛水出流蒸發(fā)降水植被截流出口流量產(chǎn)流計算 植被截留 植被截流 葉面積水的蒸發(fā)能力近似為潛在蒸發(fā)能力 LAIISco0產(chǎn)流計算 蒸散發(fā) 表層土的蒸發(fā)取決于潛在蒸發(fā)能力和表層土的飽和程度 植被騰發(fā)發(fā)生在表層土和中層土中,騰發(fā)量在兩層土中的比例與植被類型有關(guān). 騰發(fā)能力取決于植被標(biāo)準騰發(fā)能力和葉面指數(shù). 而實際騰發(fā)量則根據(jù)分配到土層的騰發(fā)能力和土層的含水量計算 puEWWWWE1maxmax1max1max1max1max.WWEWWWWEEtrtrtr產(chǎn)流計算 地表超滲流 扣除植被截流后的凈雨量大于地表滲透能力則產(chǎn)生地表超滲流. 地表滲透能力與土壤性質(zhì)和土層含水量

19、有關(guān). 取田間持水量下的表層土垂直滲透能力為參考地表滲透能力,實際地表滲透能力 1max01maxmaxmax1max0.WWKWWWWWWKK產(chǎn)流計算 壤中流 表層土和中層土的自由水運動產(chǎn)生壤中流,以滲流公式近似計算,產(chǎn)流量主要由土層含水量和水平滲透系數(shù)等決定 分別為表層土和中層土的飽和含水率 umtlKWJWuHuutlKWJWuHuutAlKWWmHmm2222tAlKWWmHmm2222tAlKWWmHmm2222tAlKWWmHmm2222坡面侵蝕產(chǎn)沙模型坡面侵蝕產(chǎn)沙模型以坡面為產(chǎn)沙基本單元以坡面為產(chǎn)沙基本單元建立坡面產(chǎn)沙量和坡面超滲產(chǎn)流量的關(guān)系建立坡面產(chǎn)沙量和坡面超滲產(chǎn)流量的關(guān)系流

20、域產(chǎn)沙模型應(yīng)能夠模擬連續(xù)降雨過程下的流域產(chǎn)沙模型應(yīng)能夠模擬連續(xù)降雨過程下的產(chǎn)沙規(guī)律產(chǎn)沙規(guī)律模型構(gòu)建思路：模型構(gòu)建思路：坡面產(chǎn)沙過程空間分布坡面侵蝕產(chǎn)沙公式推導(dǎo)圖ssVmDe6推求泥沙運動速度VS 水流速度V和泥沙速度VS的關(guān)系： 對于薄層水流： 變形得： 又坡面上的單寬流量： 所以， 最終可得： 進而，VVs21321JhnV 432323JVnhVhq Vqh 1035352JnqV1035352JnqVs坡面侵蝕產(chǎn)沙公式土壤侵蝕率：單寬產(chǎn)沙率：坡面產(chǎn)沙率：1035352526JnxqmDees571035352571035352010353525204257566LJnqmDLJnqmDd

21、xJnxqmDedxEesesLesLl521035352571035352425425LJnqAmDLALJnqmDBEEesesl坡面侵蝕產(chǎn)沙公式的參數(shù)泥沙粒徑泥沙粒徑D 取取0.0150.100，利用，利用“八五八五”攻關(guān)項目（攔減泥沙對黃河河道沖淤變化影響）攻關(guān)項目（攔減泥沙對黃河河道沖淤變化影響）成果給出多沙區(qū)粒徑分區(qū)。成果給出多沙區(qū)粒徑分區(qū)。經(jīng)驗參數(shù)經(jīng)驗參數(shù)m一般取一般取0.200.25； Manning系數(shù)系數(shù)n的取值如圖的取值如圖匯流過程 每個子流域由兩至三個元流域組成,因而在子流域的產(chǎn)流計算中需要進行由元流域出口向子流域出口的局部匯流計算 為了方便大流域的分割和組合,數(shù)字流域

22、產(chǎn)流模型將整個流域的匯流分為三級，逐級匯流 匯流采用Muskingum法和一維水動力學(xué)法 第三級河網(wǎng)匯流輸沙計算黃河全流域第三級河網(wǎng)圖 第二級河網(wǎng)匯流斷面結(jié)點第二級河網(wǎng)生成第二級河網(wǎng)參數(shù)賦值第一級河網(wǎng)計算和第二級類似一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論岔巴溝流域簡介 岔巴溝位于陜西省子洲縣境內(nèi)，該溝曹坪站以上流域面積為187平方公里，自195

23、9年起設(shè)站觀測，積累了比較豐富的降水徑流資料。本模型用該溝1960年6月至10月的資料進行率定驗證，取得了比較滿意的效果。參數(shù)率定 主要參數(shù)模型主要參數(shù)值的參考范圍參數(shù)名稱參數(shù)符號參數(shù)值范圍量綱參考地表下滲能力K080100mm/h土壤水平滲透系數(shù)KH0.360.72mm/h土壤張力水含水能力10.050.10土壤自由水含水能力20.200.50植被最大截流能力I00.05.0mm蒸發(fā)能力Ep2.010.0mm/d流量驗證情況岔巴溝岔巴溝1960.6.11960.9.30曹坪站實測及計算流量過程曹坪站實測及計算流量過程模型效率系數(shù)： =75%100)()(1 22ooocQQQQR含沙量驗證情

24、況岔巴溝岔巴溝1960.6.11960.9.30曹坪站實測及計算含沙量過程曹坪站實測及計算含沙量過程一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論全流域模型時空要素全流域模型時空要素1、提取河網(wǎng)的DEM空間分辨率為100m100m。2、模型計算的時間步長為1小時，計算時段為1983年1月1日至1983年12月31日。3、全流域被劃分成

25、120個三級子流域，每個三級子流域進一步劃分為約300個溝道坡面單元，全流域共被劃分為約36000個產(chǎn)流基本單元，每個產(chǎn)流基本單元的面積平均約20km2 。模型計算參數(shù)設(shè)定參數(shù)名稱參數(shù)符號參數(shù)值范圍量綱參考地表下滲能力K00100mm/h土壤水平滲透系數(shù)KH0.100.80mm/h土壤張力水含水能力10.050.10土壤自由水含水能力20.200.50植被最大截流能力I00.05.0mm蒸發(fā)能力Ep1.010.0mm/d葉面積指數(shù)LAI0.01.0黃河流域的單元劃分劃分成劃分成120個計算單元流域個計算單元流域全流域模型計算總體流程黃河全流域計算節(jié)點概化圖并行計算的任務(wù)分配(10CPU)198

26、3年降水量分布圖1983年黃河流域（花園口以上）總降水量年黃河流域（花園口以上）總降水量3833億億m3，比多年平均值比多年平均值3581億億m3偏多偏多7% 1983年分省降水量統(tǒng)計1983年徑流深分布圖1983年徑流系數(shù)分布圖1983年頭道拐站模擬結(jié)果1983年渭河出口站模擬結(jié)果1983年花園口站模擬結(jié)果黃河流域各省區(qū)河段圖1983年分省水量統(tǒng)計圖 一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：

27、黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論小花間流域劃分圖1983年6-10月降水分布模型參數(shù)設(shè)定參數(shù)名稱參數(shù)符號種類參數(shù)值范圍單位地表下滲能力K0褐土、棕壤55mm/h黃壚土48表層土壤水平滲透系數(shù)KHu褐土、棕壤0.72mm/h黃壚土0.36表層土壤張力水含水能力u1褐土等0.075-表層土壤自由水含水能力u2褐土等0.45-中層土壤水平滲透系數(shù)KHm褐土、棕壤0.144mm/h黃壚土0.072中層土壤張力水含水能力m1褐土等0.05-中層土壤自由水含水能力m1褐土等0.35-表層土厚度hu林地0.15m黃壚土0.10褐土、棕壤0.20深層土厚度Hd褐土等0.40m

28、植被最大截流能力I0灌木叢1.0mm蒸發(fā)能力Ep陸地蒸發(fā)5.0mm/d葉面積指數(shù)LAI灌木叢0.6-黑石關(guān)計算結(jié)果花園口計算結(jié)果伊洛河“82.8”洪水模擬再現(xiàn) 伊洛河伊洛河1982年年 7.288.10逐日降雨分布圖逐日降雨分布圖累計降水分布圖黑石關(guān)流量計算結(jié)果一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論黃土高原多沙粗沙區(qū)分布圖多沙粗沙區(qū)劃分圖多沙粗沙區(qū)河網(wǎng)圖

29、多沙粗沙區(qū)共劃分成多沙粗沙區(qū)共劃分成84618個河段，其中個河段，其中Stralher1的的河段河段42797個，共有產(chǎn)沙坡面?zhèn)€，共有產(chǎn)沙坡面212033個，平均每個坡面?zhèn)€，平均每個坡面面積為面積為0.37km2。流域劃分的重疊處理模型參數(shù)設(shè)定參數(shù)名稱參數(shù)符號種類參數(shù)值范圍單位地表下滲能力K0黃綿土90mm/h表層土壤垂直滲透系數(shù)KVu黃綿土3.6mm/h表層土壤水平滲透系數(shù)KHu黃綿土0.36mm/h表層土壤張力水含水能力u1黃綿土0.083-表層土壤自由水含水能力u2黃綿土0.42-中層土壤水平滲透系數(shù)KHm黃綿土0.18mm/h中層土壤張力水含水能力m1黃綿土0.075-中層土壤自由水含

30、水能力m1黃綿土0.35-表層土厚度hu林地0.15m耕地0.20深層土厚度Hd黃綿土0.40m植被最大截流能力I0黃綿土1.0mm蒸發(fā)能力Ep黃綿土5.0mm/d葉面積指數(shù)LAI灌木叢0.5-計算年份信息年份區(qū)域產(chǎn)流量（億立米）區(qū)域產(chǎn)沙量（億噸）花園口徑流總量（億立米）全流域水沙特征196788.1122.954703多水多沙年197853.7510.708349少水多沙年198321.74 2.624611多水少沙年199718.94 4.431142少水少沙年1978年汛期降水分布1978年汛期徑流深分布1978年汛期產(chǎn)沙模數(shù)分布1983年汛期降水分布1983年汛期徑流深分布1983年汛

31、期產(chǎn)沙模數(shù)分布1997年汛期降水分布1997年汛期徑流深分布1997年汛期產(chǎn)沙模數(shù)分布多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬小結(jié)年份產(chǎn)水量（億立米）產(chǎn)流誤差 產(chǎn)沙量（億噸）參考支溝攔沙率( )計算值實測計算值實測Stralher=1ALLStralher=1ALL1967-197834.5254.8053.752.0%10.33316.01610.70851.4%198313.0420.7321.74-4.6%3.7445.8362.62485.8%199712.2519.3318.942.1%4.4416.8674.43154.9%年份區(qū)域產(chǎn)流量（億立米）區(qū)域產(chǎn)沙量（億噸）花園口徑流總量（億立米）全流域水沙特征

32、196788.1122.954703多水多沙年197853.7510.708349少水多沙年198321.74 2.624611多水少沙年199718.94 4.431142少水少沙年1StralherALL實測一、數(shù)字流域的概念二、數(shù)字流域模型概述三、DEM數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四、數(shù)字流域河網(wǎng)提取五、數(shù)字流域模型參數(shù)提取六、坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙模型七、模型的驗證八、應(yīng)用之一：黃河全流域水量計算九、應(yīng)用之二：小花間汛期洪水預(yù)報十、應(yīng)用之三：黃土高原多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙模擬十、應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃應(yīng)用之四：岔巴溝淤地壩規(guī)劃十二、結(jié)論岔巴溝概況 岔巴溝屬于陜西省子洲縣，位于東經(jīng)10947,北緯3731 。自然地理

33、區(qū)劃屬于黃河丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)。岔巴溝在無定河流域的西南部與無定河的大支流大理河相匯，流域面積205km2，其中曹坪站以上流域面積184km2，溝道長度26.5km。該地區(qū)屬于干燥少雨的大陸性氣候，年降水量450mm。流域普遍被黃土覆蓋，陸面蒸發(fā)量為386mm/a，水面蒸發(fā)量為1570mm/a。岔巴溝流域劃分計算所采用的雨量站網(wǎng)在淤地壩規(guī)劃過程自然狀況下流域產(chǎn)水產(chǎn)沙模擬各子溝道產(chǎn)水產(chǎn)沙關(guān)系曲線控制點來水來沙分析選擇擬建壩址DEM分析壩址控制面積可能淤地面積擬建壩高農(nóng)作物生長條件工程安全及工程經(jīng)濟條件淤地壩穩(wěn)定條件各子流域溝道穩(wěn)定條件下流域總體減水減沙效果評估模型參數(shù)設(shè)定參數(shù)名稱參數(shù)符號種類參數(shù)

34、值范圍單位地表下滲能力K0黃綿土90mm/h表層土壤垂直滲透系數(shù)KVu黃綿土3.6mm/h表層土壤水平滲透系數(shù)KHu黃綿土0.36mm/h表層土壤張力水含水能力u1黃綿土0.083-表層土壤自由水含水能力u2黃綿土0.42-中層土壤水平滲透系數(shù)KHm黃綿土0.18mm/h中層土壤張力水含水能力m1黃綿土0.075-中層土壤自由水含水能力m1黃綿土0.35-表層土厚度hu林地0.15m耕地0.20深層土厚度Hd黃綿土0.40m植被最大截流能力I0黃綿土1.0mm蒸發(fā)能力Ep黃綿土5.0mm/d葉面積指數(shù)LAI灌木叢0.5-降水分布圖岔巴溝產(chǎn)沙模數(shù)分布圖河段控制河段分布岔巴溝所有河段水沙關(guān)系圖面積-產(chǎn)沙量關(guān)系圖（Stralher=1）岔巴溝各單元子流域水沙統(tǒng)計流域序號所含溝道名稱產(chǎn)水量(萬m3)產(chǎn)沙量（萬噸）1級支溝總量1級支溝總量1蒿子梁溝、東吳家山溝40 61 22.1 31.4 2石門溝31 49 19.2 28.1 3常家園子溝35 53 17.9 26.0 4畢家簽溝、駝耳巷溝62 85 33.7 45.4 5劉家溝、高家溝、杜家溝岔溝99 151 52.9 80.4 6米脂溝、蛇家溝25 38 13.0 18.5 7馬家溝、田家溝37 52 17.3 23.6 8麻地溝17 22 5.1