1.一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:包括以下步骤:
s1,封装产流计算模式,并分别对其进行编号;
s2,基于流域dem数据,计算得到地形指数栅格;
s3,提取得到流域中的植被栅格与土壤栅格;
s4,基于地形指数栅格,土壤栅格与植被栅格将流域划分为gx,dx,gc与fc四个区域,在不同区域中分别匹配不同的产流模式进行产流计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的s1包括如下步骤:
1)基于概念性方法,构建第一蓄满产流模式,gx;
2)基于达西下渗原理,构建第二蓄满产流模式,dx;
3)基于格林安普特下渗原理,构建第一超渗产流模式,gc;
4)基于菲利普下渗原理,构建第二超渗产流模式,fc。
3.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的步骤1)中,时段产流量r通过下式确定:
当pe≤0或pe+w0≤wm时:
r=0;
当pe+w0>wm时:
r=pe+w0-wm;
式中:w0为栅格单元实际的张力水含量;wm为栅格单元张力水容量;pe为净雨量,pe=p-et,其中p为降雨,et为蒸发,由三层蒸散发原理计算得到。
4.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的步骤2)中,所述的第二蓄满产流模式为:
r=ra+rb;
式中:ra为基流,rb为饱和坡面流,在栅格单元的土壤缺水量d<0的时候产生:
式中:r0为
rb=|d|;
式中:tanβ为该栅格单元的地形坡度,acc为该栅格单元以上的累积汇流面积,∈为全流域所有栅格单元的
5.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的步骤3)中,第一超渗产流模式为:
式中:fm为栅格单元格林安普特下渗速率;k为栅格单元饱和水力传导度;z为栅格单元饱和层厚度;h为栅格单元地面滞水深;
r=pe-fm。
6.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的步骤4)中,构建第二超渗产流模式:
式中:fp为栅格单元菲利普下渗速率;t为时间;fc为栅格单元稳定下渗率;a为参数;
r=pe-fp。
7.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的s2包括以下步骤:
1)利用流域dem数据计算出流域中每一个栅格单元的坡度、流向和汇流累计值,得到坡度栅格raster_slope;
以栅格单元cell为中心,通过周围栅格单元的高程值与该栅格单元的高程值的对比,找出与其相比最低的栅格单元celld,并计算cell和celld之间的高程差dhmax和水平投影距离dis,结合dhmax和dis计算栅格单元cell的坡度β;
β=dhmax/dis;
2)将cell作为出流栅格单元,celld作为入流栅格单元,入流栅格单元汇流累计值加1,逐栅格循环,计算出每一个栅格单元中的汇流累计值acc;同时依据cell和celld之间的相对位置关系,确定cell中的流向;
若celld在cell的右方,则cell中的流向设置为1;若celld在cell的右下方,则cell中的流向设置为2;若celld在cell的下方,则cell中的流向设置为3;若celld在cell的左下方,则cell中的流向设置为4;若celld在cell的左方,则cell中的流向设置为5;若celld在cell的左上方,则cell中的流向设置为6;若celld在cell的上方,则cell中的流向设置为7;若celld在cell的右上方,则cell中的流向设置为0;按照以上方法遍历流域中每一个栅格单元,从而得到流向栅格raster_dir和汇流累计栅格raster_acc。
3)结合流域资料和卫星影像确定面积汇流阈值,提取流域中的河道栅格,并将流域中的栅格单元划分为坡面栅格单元与河道栅格单元;
结合流域实际自然地理情况,设置面积汇流阈值t,将raster_acc中acc高于t的栅格单元判定为河道栅格单元,否则认为该栅格单元为坡面栅格单元;将提取得到的河道栅格单元的位置与googleearth上的卫星影像中的实际河道相对比,一般而言,t的值越小,提取得到的河道栅格单元的密度越大,t的值越大,提取得到的河道栅格单元的密度越小。反复调整t,使得提取出来的河道栅格单元的位置与卫星影像中的实际河道的位置基本重合,提取出流域中的河道栅格raster_river;同时依据strahler原理:初始发源的河道级别为1,相同级别的河道交汇后形成的新河道级别提升1级,不同级别的河道交汇后形成的新河道的级别与交汇前的高级别的河道一致。
4)基于坡度栅格raster_slope与汇流累计栅格raster_acc,在每一个坡面栅格单元中计算地形指数,得到地形指数栅格raster_ti;
在每一个坡面栅格单元中:
式中:acc为编号坡面栅格单元中的汇流累积值;β为编号为坡面栅格单元中的坡度值;按照以上方法,逐个计算所有坡面栅格单元中的地形指数,得到地形指数栅格raster_ti。
8.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的s3包括以下步骤:
1)基于流域中的植被栅格,将流域中植被类型划分为林地,灌木,草地,耕地,水面,并分别进行赋值100,70,50,30,0;构建得到植被下渗能力栅格raster_plantinfli;
2)基于流域中的土壤栅格,将流域中土壤类型划分为砂土,壤土,黏壤土,黏土;并分别进行赋值100,80,60,40,20;构建得到土壤下渗能力栅格raster_soilinfli。
9.根据权利要求1所述的一种基于下垫面特征的重配置产流模拟方法,其特征在于:所述的s4包括以下步骤:
1)将每一个栅格单元中地形指数,植被下渗能力和土壤下渗能力相乘,得到流域下垫面下渗特性值infiltration,遍历流域中所有的栅格单元,得到流域下垫面下渗特性栅格raster_infiltration;
2)基于流域自然地理特征设置下渗特性阈值t_infi,infiltration大于t_infi且地形指数大于10的栅格单元中匹配gx产流模式;infiltration大于t_infi且地形指数小于10的栅格单元中匹配dx产流模式;infiltration小于t_infi且地形指数小于10的栅格单元中匹配gc产流模式;infiltration小于t_infi且地形指数大于10的栅格单元中匹配fc产流模式。