一种dhsvm模型的改进方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种DHSVM模型的改进方法，尤其涉及一种考虑了落水洞和深层径流 带对汇流过程的影响的DHSVM模型。
【背景技术】
[0002] DHSVM(DistributedHydrologySoilVegetationModel)是由美国华盛顿大学开 发的基于土壤、植被和水文相互作用的分布式水文模型。模型对流域蒸散发、土壤水和径流 等水文过程进行动态描述，考虑土壤和植被对流域水文过程的影响，反映其时空变化规律。
[0003] 模型物理过程主要包括蒸散发过程、非饱和土壤入渗过程、壤中流、坡面地表流过 程和河道汇流过程。
[0004] DHSVM原模型中地表水与表层岩溶带裂隙水模块可以较好地模拟洪水过程。但对 枯期径流进行长期模拟时，效果较差。针对这一问题目前主要是运用大量的实测流量资料 通过统计学方法或者偏差修正方法进行处理，而不根据实际的水文地质条件考虑造成这一 问题的原因。
[0005] DHSVM原模型在进行喀斯特流域的径流变化模拟时存在较大误差，故本发明针对 喀斯特流域地表和地下水系结构及包含土壤、裂隙和管道的多重介质水流特征，对DHSVM 模型进行了改进，考虑表层岩溶带的裂隙水流和地下河对产生汇流过程的影响，建立了适 用于西南喀斯特流域的分布式水文模型。考虑表层岩溶裂隙与深部岩溶裂隙发育程度差 异，及其对雨洪径流特征影响的不同，本发明还在此基础上增加了深层径流带的水文过程； 考虑到落水洞等喀斯特地貌对地表径流的汇集作用，增加落水洞识别及其对地表径流汇流 过程并进入地下水系的作用。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种考虑了落水洞对喀斯特流域汇流过程的 影响的DHSVM模型的改进方法；进一步地，本发明提供了一种考虑了深层径流带对喀斯特 流域汇流过程的影响的DHSVM模型的改进方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：包括增加了落水洞对汇流过程影响的 计算的改进模块：采用未经填洼的DEM数据，利用ESRIArcGIS技术进行落水洞识别与地表 汇流计算，并将落水洞汇集的地表水计入地下河进行地下河汇流计算。
[0009] 本发明还包括增加了深层径流带对汇流过程影响的计算的改进模块：
[0010] 深层径流带储存量与上部表层岩溶带补给量和排泄量之间相互联系、不断转化， 处于动态平衡状态。由于地下水的补给和排泄，使得深层径流带中的地下水能够不断交替 和更新。在不同的时期，深层径流带蓄水量随着补给量和排泄量的大小而变化。
[0011] 深层径流带与其上覆的表层岩溶带的水量水分交换为：
【主权项】
1. 一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：包括增加了落水洞对汇流过程影响的计 算的改进模块：采用未经填洼的DEM数据，利用ESRI ArcGIS技术进行落水洞识别与地表汇 流计算，并将落水洞汇集的地表水计入地下河进行地下河汇流计算。
2. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：还包括增加了深 层径流带对汇流过程影响的计算的改进模块： 深层径流带与其上覆的表层岩溶带的水量水分交换为：
式（1)中：cL是表层岩溶带的厚度；見^是t时刻表层岩溶带平均含水量；ρ,(是t时 刻土壤层渗入表层岩溶带水量；G分别是t时刻表层岩溶带侧向流入和流出水量； 是t时刻表层岩溶带向深层径流带补给的水量；Rfri是t时刻深层径流带由于水位上 升对表层岩溶带的反向补给； 式（2)中：St是t时刻深层径流带储水量；Qk和这^分别是t时刻深层径流带的侧向 流入与流出水量； 深层径流带侧向水流计算采用地形驱动影响下饱和壤中流的计算方法，利用地下水位 计算深层径流带计算网格单元之间的水力梯度； 在深层径流带没有蓄满之前，上层的表层岩溶带水将下渗对深层径流带进行补给，直 至深层径流带蓄满；当计算网格单元内深层径流带的水量大于其最大蓄水容量时，则多余 的水量"返还"给上部表层岩溶带； 当计算网格单元内的深层径流带水位高于地下河河床时，含水层水量将会被地下河道 截留；截留量的计算方法与地表河道截取壤中流相同。 深层径流带水流是地下河枯季径流的主要组成部分；在表层岩溶带下的深层含水层中 存在着渗透性较小的裂隙蓄水层，即深层径流带；深层径流带水流是喀斯特流域地下河枯 季径流的主要组成部分。
3. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：所述落水洞识别 方法为：利用ESRIArcGIS技术进行落水洞及其汇水范围识别；根据落水洞的发育特征，利 用ESRI ArcGIS在DEM图上判别洼地，洼地最低点即为落水洞所在位置，由洼地边界到落 水洞的范围即为落水洞汇水范围；当洼地所在计算网格单元或周边计算网格单元内存在地 下河管道时，所汇集地表水量将直接进入地下河，参与地下河汇流过程。
4. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：所述计算网格单 元为DHSVM模型根据DEM网格大小将待考察河流流域划分为若干计算网格单元，每个计算 网格单元内气象要素和下垫面特征都随时空变化而不同；所述气象要素包括降雨、气温和 辐射；所述下垫面特征包括坡度、坡向、土壤和植被。
5. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：所述计算网格单 元的大小与DEM网格大小相同。
6. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：所述DHSVM模型 的改进方法包括以下步骤： 步骤一：采用1:1万地形图生成DEM数据； 步骤二：地表河网的生成：根据DEM数据，利用ESRIArcGIS软件生成地表河网，所述地 表河网由若干段地表河道组成； 步骤三：根据待考察地貌的实际地表水系矫正步骤二中的地表河网； 步骤四：根据DEM网格大小将所述地表河网划分为若干计算河段，根据DEM计算每一段 计算河段的坡度；步骤四用于自动确定计算河段坡度并对每段地表河道的连接顺序进行自 动编号，用以计算地表河道间水流运动；所述水流运动即河道汇流； 步骤五：地下河网的生成：根据野外勘测的地下河分布，在ESRIArcGIS软件里绘制地 下河网，人工确定每段地下河道的连接顺序并进行人工编号，用以计算每段地下河道的汇 流；并根据DEM网格大小将所述地下河网划分为若干计算地下河段； 步骤六：将每段计算地下河段内表层岩溶带和深层径流带的裂隙介质均概化为等效连 续介质，其渗透性根据每段计算地下河段内裂隙介质的总透水能力确定； 所述裂隙介质与多孔介质对应，由各种裂隙组成裂隙水的通道； 裂隙水是存在于岩石裂隙中的地下水，是喀斯特地区供水的重要来源，也是矿坑充水 的重要来源； 概化就是为计算方便，按照计算断面水流速度和流量性质保持一致的前提下，把原本 的非连续性的裂隙通道用连续性的孔隙通道代替。 步骤七：一定时间间隔内收集每个计算河段内的气象要素；一定时间间隔为5~ 60min ； 步骤八：收集下垫面特征及给予下垫面特征的参数赋值； 步骤九：计算网格单元划分与模拟时间的确定：计算网格单元大小采用与DEM网格一 样的网格大小，为IOOmX IOOm ;所述模拟时间包括参数率定期和模型验证期，所述参数率 定期为至少1年，所述模型验证期为至少半年，所述参数率定期和模型验证期的计算步长 均为至少1小时； 所述模型验证期位于所述参数率定期之后； 所述参数率定期就是根据实测值与计算误差最小的原则确定模型各参数； 所述模型验证期就是选取不同的时段，利用率定好的参数进行计算，验证计算结果与 实测值的一致性； 步骤十：落水洞识别； 步骤十一：参数率定与模型验证：根据待考察河流流域出口的地下河与地表河实测流 量数据，采用试错法对模型进行参数率定和模型验证。
7. 根据权利要求1所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：落水洞汇集的地 表水包括落水洞周围地表水流，表层岩溶带水流和壤中流。
8. 根据权利要求6所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：步骤八中的参数 赋值方法为根据试验观测手段得出参数的具体值，然后使模型中的参数取这些具体值。
9. 根据权利要求6所述的一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：步骤九中的不同 的时段包括降雨初期、洪水期和退水期。
【专利摘要】本发明公开了一种DHSVM模型的改进方法，其特征在于：包括增加了落水洞对汇流过程影响的计算的改进模块：采用未经填洼的DEM数据，利用ESRI ArcGIS技术进行落水洞识别与地表汇流计算，并将落水洞汇集的地表水计入地下河进行地下河汇流计算。本发明提供的一种DHSVM模型的改进方法，以喀斯特地区为研究对象，考虑岩溶地貌作用的地表-地下双重汇流系统水文过程，运用对DHSVM模型的改进，模拟降雨-径流响应过程，并分析模型改进的效果；模拟结果显示，模型较好地模拟了研究区域地下水径流过程，反映了地下径流与降雨、水文地质条件、下垫面特征等因素的响应关系。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104679985
【申请号】CN201510031575
【发明人】张志才, 陈喜, 朱泽, 石朋
【申请人】河海大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月21日