流溪河模型V301課件

流溪河模型

LiuxiheModel，2010年7月15主要內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陳洋波教授領導的水災害與水利信息化國際科技團隊經(jīng)10余年研究開發(fā)而成的主要用于流域洪水預報的分布式物理水文模型因在流溪河流域洪水預報中首先研究成功而得名開發(fā)的流溪河模型軟件系統(tǒng)CYB.LMS，獲國家計算機軟件著作權登記流溪河模型的總體思路

從垂直方向將單元分成三層植被覆蓋層（CanopyLayer）：地表面至樹葉頂部的空間區(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，具有調蓄水能力地下層（UndergroundLayer）：地表層以下的含水層對地下層不進行網(wǎng)格劃分，整個流域的地下層看作一個整體流溪河模型的總體思路在單元流域層次進行產(chǎn)流量計算在流域層次進行匯流計算流溪河模型的總體思路模型分成6個獨立的部分，每個部分稱為一個模塊數(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，土地利用類型，土壤類型將流域劃分成單元流域，分成三種類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：為實際蒸散發(fā)量：田間持水量：凋萎含水量：土壤當前含水量：潛在蒸發(fā)率：蒸發(fā)系數(shù)

ES=0產(chǎn)流計算模塊按蓄滿產(chǎn)流模式計算地表產(chǎn)流量由降雨引起的水流運動過程描述單元流域上的降雨扣除蒸散發(fā)后的部分稱為凈雨當凈雨大于零時，凈雨通過下滲作用進入地表層中的土壤中，補充地表層中含水量的不足只有當?shù)乇韺有顫M時，即土壤含水量達到飽和含水量時，多余水量轉變?yōu)榈乇韽搅鳟a(chǎn)流計算模塊壤中流的計算當土壤層中的蓄水量超過田間持水量時，土壤中的水向地下層滲漏同時形成壤中流，向下游單元作側向流動壤中流根據(jù)達西公式和水量平衡公式計算匯流計算模塊邊坡匯流（hillsloperouting）河道匯流（riverrouting）水庫匯流(reservoirrouting)壤中流匯流（subsurfacerouting）地下徑流匯流(undergroundrouting)邊坡匯流計算方法采用一維運動波法進行邊坡匯流計算忽略圣維南方程組的運動方程中的慣性項和壓力項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。邊坡匯流計算方法假定在一個單元內，邊坡的形狀可抽象為一個平順的三角形邊坡，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)曼寧公式計算如下：單元流域出口的流量可計算如下

改寫上式河道匯流計算方法河道匯流采用一維擴散波法忽略圣維南方程組的運動方程中的慣性項考慮摩阻比降與坡度及壓力項的差Q為過水斷面流量，A為過水斷面面積，q為側向補給水量，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，當本單元有支流匯入時，還應該包括支流的匯入水量。河道匯流計算方法在流域的中上游地區(qū)及少資料及無資料地區(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為過水斷面面積，h為徑流深，w為梯形底寬，為河流側面坡度河道匯流計算方法過水斷面面積A的計算公式如下對上式進行變換，得到如下的公式

則h可通過如下的公式計算

則可按如下的差分公式近似計算

河道匯流計算方法記則代入圣維南方程組的質量方程中有

采用有限差分法，將上式離散為

采用牛頓迭代法進行迭代計算，公式如下

水庫單元匯流計算方法洪水在水庫中的傳播速度非?？?，一般要比計算時段短很多忽略洪水在水庫中的傳播時間，認為水庫單元上的流量就是進入水庫的流量將所有水庫單元上的流量相加，就可得到入庫流量通過設置水庫，實現(xiàn)對水庫水位的預報地下徑流匯流計算方法流溪河模型將地下層作為一個整體，不劃分成單元按集總式方法進行地下徑流匯流計算采用線性水庫法進行地下徑流匯流計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土地利用類型土壤類型氣象數(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)實測降雨實測流量流域物理特性數(shù)據(jù)獲取DEM高分辨率的實測數(shù)據(jù)，全國1:1萬，局部更高網(wǎng)上全球范圍內的免費數(shù)據(jù)HYDRO1K數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)，美國聯(lián)邦地質調查局(USGS)免費提供http：///gtopo30/hydro

，分辨率為1kmx1km，相對較低，可在大流域模擬時使用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，基本可滿足流溪河模型建模需求單元劃分河道單元劃分計算累積流：累積流入單元格的上游單元的個數(shù)設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劃分水庫單元劃分設定水庫的控制水位高程低于控制水位的單元為水庫單元邊坡單元劃分非河道單元和水庫單元的單元累積流閥值的討論累積流取值不同，河道單元劃分不同河道分級strahler河道分級河道的最低級支流均命名為第1級低級支流匯入高級支流時，級別不增加同級支流相匯時，級別增加1級河道分級累積流閥值的臨界值：當累積流值增加1時，河道分級增加1級河道分段將同一級河道分成若干段每一段為一個虛擬河段虛擬河段各單元斷面尺寸相同

河道分段結點設置：結點間的河段為一個虛擬河段兩條或以上河流的交匯點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時分段輔助工具：GoogleEarth遙感影像覆蓋全球，適用范圍廣精度可基本滿足洪水預報要求河道斷面尺寸估算假定河道斷面形狀為梯形，3個斷面數(shù)據(jù)河道底寬GoogleEarth遙感影像河道底坡根據(jù)DEM估算河道側坡根據(jù)經(jīng)驗，在無條件時可假定為90度流溪河模型參數(shù)推求參數(shù)類型參數(shù)名稱氣候參數(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)分類不可調參數(shù)：直接通過流域物理特性數(shù)據(jù)計算流向坡度可調參數(shù)：在初值基礎上通過