一种基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法与流程

本发明涉及数据降尺度
技术领域：
，特别涉及一种基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法。
背景技术：
：水文预报和水动力预报的耦合是水文研究的热点问题之一。水文-水动力耦合方法中涉及到的重要环节是两者之间数据的衔接，水文模型的计算结果是流域出口断面的流量过程作为二维水动力模型的输入，而二维水动力模型基于栅格数据进行计算，需要先将一维空间尺度的水文数据转化到二维空间尺度即栅格化才能用于计算。然而，目前尚未有成熟的流量数据栅格化方法，常用的方式是将流量平均分配到各栅格，此方法的缺点是未考虑流域的空间异质性，即每个栅格的土壤入渗能力均不相同，这样处理会直接导致二维水动力计算结果在空间分布上出现较大误差。技术实现要素：本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法。为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法，包括如下步骤：步骤s1，通过水位-流量关系曲线将流域出口断面的流量过程线转化为水位过程线；步骤s2，根据土地利用类型和土壤特性数据，确定不同栅格内的流量分配权重；步骤s3，确定不同栅格径流量的分配比例，根据各栅格的流量分配权重计算流域内所有栅格的分配比例；步骤s4，根据分配比例将流域出口断面的流量分配到每个栅格内，实现流量栅格化。进一步，在所述步骤s2中，所述土地利用类型为透水性因子；所述土壤特性数据包括：土壤结构和初始含水率。进一步，在所述步骤s2中，确定不同栅格内的流量分配权重，包括确定表征不同栅格土壤入渗能力的权重。进一步，在所述步骤s3中，所述根据各栅格的流量分配权重计算流域内所有栅格的分配比例，包括：其中，pi，j表征栅格(i，j)的透水性因子；si，j表征栅格(i，j)的土壤结构；wi，j是栅格(i，j)的初始含水率；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；pri，j为不同栅格净雨量的分配比例。进一步，在所述步骤s4中，所述根据分配比例将流域出口断面的流量分配到每个栅格内，包括：epi，j＝pri，j×nr，其中，epi，j表示流量的栅格值；nr为某一时刻流域出口断面的流量值。6根据本发明实施例的基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法，提出采用土壤特性数据(透水性因子、土壤结构、初始含水率)表征土壤入渗能力，充分考虑这三种因素对流域产流量的影响，考虑了流域不同栅格的土壤入渗能力对产流量的影响，遵循流域产汇流机理及水文过程的物理机制，降低了平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。本发明遵循流域产汇流机理和水文过程的物理机制，降低了传统方法中简单平均带来的计算误差，此结果可以直接应用于二维水动力模型的模拟计算中。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本发明实施例的基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法的流程图；图2为根据本发明实施例的基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法的示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。如图1和图2所示，本发明实施例的基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法，包括如下步骤：步骤s1，通过水位-流量关系曲线将流域出口断面的流量过程线转化为水位过程线(nr，单位：米)。这是由于必须将流量换算为水位进行后续计算。步骤s2，根据土地利用类型和土壤特性数据，确定不同栅格内的流量分配权重。在本步骤中，透水性因子p参考土地利用类型进行确定，其中常见的土地利用类型的权重排序为林地<疏林地<灌木林<草地<耕地<裸地<水域<建设用地，具体取值参考不同土地利用类型的糙率比例确定。土壤特性数据包括：土壤结构s和初始含水率w。土壤结构通常分为压实、原状、翻松三种情况，具体取值参考不同土壤结构的入渗率确定，参考值为压实＝1、原状＝0.7、翻松＝0.3。初始含水率根据实际情况确定，在实际应用中可直接采用百分数进行计算。需要说明的是，确定不同栅格内的流量分配权重，即确定表征不同栅格土壤入渗能力的权重。具体的，在本步骤中，根据土地利用类型确定不同栅格透水性因子的参考值，如表1所示。土地利用类型包括：林地、疏林地、灌木林、草地、耕地、裸地、水域和建设用地，表1基于应用经验和物理实验获得。土壤结构的参考值(压实取值为1、原状取值为0.7、翻松取值为0.3)。表1不同栅格透水性因子的参考值土地利用类型林地疏林地灌木林草地耕地裸地水域建设用地透水性因子1236.578.51010步骤s3，确定不同栅格径流量的分配比例，根据各栅格的流量分配权重计算流域内所有栅格的分配比例。具体的，根据各栅格的流量分配权重计算流域内所有栅格的分配比例，包括：其中，pi，j表征栅格(i，j)的透水性因子；si，j表征栅格(i，j)的土壤结构；wi，j是栅格(i，j)的初始含水率；i，j分别代表栅格x，y方向的序号；m,n为二维栅格的x，y方向的栅格总数；pri，j为不同栅格净雨量的分配比例。步骤s4，根据分配比例将流域出口断面的流量分配到每个栅格内，实现流量栅格化。具体的，根据分配比例采用下式将地表径流过程即流域产流量(净雨量)分配到每个栅格内，包括：epi，j＝pri，j×nr，其中，epi，j表示流量的栅格值；nr为某一时刻流域出口断面的地表径流过程即流域产流量(净雨量)。根据本发明实施例的基于土壤入渗能力的流量过程栅格化方法，提出采用土壤特性数据(透水性因子、土壤结构、初始含水率)表征土壤入渗能力，充分考虑这三种因素对流域产流量的影响，考虑了流域不同栅格的土壤入渗能力对产流量的影响，遵循流域产汇流机理及水文过程的物理机制，降低了平均分配带来的计算误差问题，计算过程简单、好操作、易推广。本发明遵循流域产汇流机理和水文过程的物理机制，降低了传统方法中简单平均带来的计算误差，此结果可以直接应用于二维水动力模型的模拟计算中。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。当前第1页1 2 3