基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法与流程

本发明涉及水文模拟，具体为基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法。

背景技术：

1、rccc-wbm模型是由水利部应对气候变化研究中心团队研发并逐步完善的流域水文模型，流域水文模型目前已经在防洪减灾、水资源管理、生态环境保护等方面发挥着重要作用。

2、目前一些研究表明，全球变暖下冻土层变薄增大了土壤层的蓄水能力和下渗能力，进而在一定程度上影响径流的产生，并对流域蒸散发过程和区域水资源量产生一定的影响。变化环境下寒区水文循环发生显著变化，开展寒区水文过程模拟是寒区水资源评价和环境变化影响评估的重要基础工作。

3、寒区冻土变化的定量监测常采用遥感、激光雷达等方法进行检测，也可进行直接测量，通常根据不同监测需求、监测范围、监测精度等因素综合考虑选择合适的方法，但监测方法依然非常有限，从而在一定程度上限制了冻土变化对流域尺度水文过程影响的量化认识。目前大多流域水文模型包括rccc-wbm模型，对寒区水文过程模拟都只考虑降雨径流过程和冰雪融化产流过程，限于冻土资料匮乏，冻土层变化对水文过程的量化影响考虑相对欠缺，进而影响流域水文模拟精度，对有效支撑流域水资源评价、生态影响评价等方面带来一定挑战。

技术实现思路

1、为解决现有技术没有考虑冻土层变化对水文过程影响的技术问题，而提供一种基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法。

2、本发明采用如下的技术方案：

3、基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，具体包括以下步骤：

4、步骤（1）收集研究流域历史长序列的逐月水文气象资料，包括：径流量、降水量、水面蒸发量和气温；

5、步骤（2）分析研究流域气温、降水量、水面蒸发量和径流量的年代际过程和年内分配特征；

6、步骤（3）提出与气温相关的动态土壤蓄水容量参数计算公式：

7、

8、式中： ds maxi为动态土壤最大蓄水容量，是第 i时段温度的函数； t i为第 i时段的流域气温； s max为平均气温状态下流域的最大土壤蓄水容量， s max由rccc-wbm模型采用遗传算法优化率定得到；

9、步骤（4）计算基于动态土壤蓄水容量参数的地表径流：

10、

11、式中： q si为第 i时段地表径流量； p raini为第 i时段流域面平均降水量，在rccc-wbm模型中根据气温和降水量进行雪雨划分获得； s i-1为第 i-1时段土壤含水量，是流域的状态变量，在rccc-wbm模型中根据水量平衡计算获得； ds maxi为动态土壤蓄水容量，根据公式（1）计算得到； k s为地表径流系数，由rccc-wbm模型优化率定获得；

12、步骤（5）计算基于动态土壤蓄水容量参数的蒸散发量：

13、

14、式中： e ai为第 i时段流域实际蒸散发量； ep i为第 i时段的流域蒸发能力，采用e601蒸发皿量测值或者利用彭曼公式计算得到； s i-1为流域第i-1时段的土壤含水量，是流域的状态变量，在rccc-wbm模型中根据水量平衡计算获得； ds maxi为动态土壤蓄水容量，根据公式（1）计算得到； k e为蒸散发系数，由模型优化率定；

15、步骤（6）结合 e ai和 q si，建立基于动态土壤蓄水容量参数的rccc-dwbm模型。

16、进一步地，步骤（6）建立的rccc-dwbm模型模拟的径流量为：

17、

18、式中： q simi为第 i时段河川径流量； q si为第 i时段地表径流量，由公式（2）计算得到； q sni和 q gi分别为第 i时段融雪径流量和地下径流量，由rccc-wbm模型模拟得到； p sni为第 i时段流域面平均降雨量，在rccc-wbm模型中根据气温和降水量进行雪雨划分获得； sn i和 sn i-1为这个时段和上个时段的积雪层深度； k g为地下径流系数，由rccc-wbm模型优化率定； s i-1为上一时段土壤水含量。

19、进一步地，根据模拟的径流量得到年内分配动态过程，计算年均土壤蓄水容量，分析土壤蓄水容量参数的动态变化。

20、本发明的有益效果在于：

21、本发明是基于rccc-wbm模型和气温变化对寒区土壤蓄水容量参数影响的物理机制，提出的一种基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，可以更为客观准确地模拟冻土变化下的寒区径流过程；利用本发明方法可以量化冻土变化下土壤蓄水容量的变化，有效支撑气候变化的环境影响评估工作；利用本发明方法可以较好地模拟寒区径流趋势，有效支撑流域水资源评价与规划管理工作。

技术特征：

1.基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，其特征在于，步骤（6）建立的rccc-dwbm模型模拟的径流量为：式中： qsimi为第i时段河川径流量；qsi为第i时段地表径流量，由公式（2）计算得到； qsni和qgi分别为第i时段融雪径流量和地下径流量，由rccc-wbm模型模拟得到；psni为第i时段流域面平均降雨量，在rccc-wbm模型中根据气温和降水量进行雪雨划分获得；sni和sni-1为这个时段和上个时段的积雪层深度；kg为地下径流系数，由rccc-wbm模型优化率定；si-1为上一时段土壤水含量。

3.根据权利要求2所述的基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，其特征在于，根据模拟的径流量得到年内分配动态过程，计算年均土壤蓄水容量，分析土壤蓄水容量参数的动态变化。

技术总结
本发明公开了一种基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，将RCCC‑WBM模型中静态的土壤蓄水容量参数S<subgt;max</subgt;替换为与温度相关的动态土壤蓄水容量参数DS<subgt;maxi</subgt;。本发明是基于RCCC‑WBM模型和气温变化对寒区土壤蓄水容量参数影响的物理机制，而提出的一种基于动态土壤蓄水容量参数的寒区水文过程模拟方法，可以更为客观准确地模拟冻土变化下的寒区径流过程；利用本发明方法可以量化冻土变化下土壤蓄水容量的变化，有效支撑气候变化的环境影响评估工作；利用本发明方法可以较好模拟寒区径流趋势，有效支撑流域水资源评价与规划管理工作。

技术研发人员：王乐扬,张建云,贾雨凡,鲍振鑫,王国庆,刘艳丽,谢康,宁忠瑞,石佳勇,王妍
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2