基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法与流程

本发明涉及水文数据离散化处理技术领域，特别涉及一种基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法。

背景技术：

基于二维浅水方程的水动力学模型，尤其是采用显格式和激波捕捉数值方法的二维模型，常用于各类洪水过程模拟，可模拟复杂流态的动力过程，适用于具有突发性、水量集中、流速大等特点的暴雨洪水模拟。这类模型可以对地形变化及地表建筑物的特征进行精细描述，预测暴雨洪水特征值的空间分布和动态过程，可用于分析洪水演进过程对农田、工业设施、城市基础设施及建筑物、人的生命的影响。此类模型基于栅格数据进行计算，但通常水文站点的监测数据或水文模型的计算结果通常为流域出口断面的径流数据，需经过空间离散化处理，才能应用于二维水动力学模型。

然而，目前尚未有成熟的空间离散化方法，常用的方式为流域平均分配径流量，此方法的缺点是未考虑流域的空间异质性，即每个栅格的土地利用类型、土壤特性、坡度等均不相同，会直接导致空间计算结果出现较大误差，并导致计算的稳定性较差。

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地利用类型的地表径流流域空间离散化方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法，包括如下步骤：

步骤1，通过水文站点监测数据或水文模型计算，获取流域出口断面的地表径流过程和土地利用的栅格数据；

步骤2，根据不同栅格的土地利用类型确定权重；

步骤3，根据权重确定不同栅格径流量的分配比例；

步骤4，根据分配比例将一维数据离散化为二维栅格数据。

进一步，在所述步骤s3中，采用下式确定不同栅格径流量的分配比例，根据栅格所分配的权重计算流域内所有栅格的分配比例：

其中，wfi，j表示栅格(i，j)的土地利用类型的权重；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为不同栅格径流量的分配比例。

进一步，在所述步骤s4中，采用下式将一维数据离散化为二维栅格数据:

rmi，j＝pri，j*r1d，

其中，rmi，j表示径流量的二维栅格数据；r1d为流域出口断面的地表径流量的一维数据。

进一步，在所述步骤s2中，所述不同栅格的土地利用类型，包括：林地、疏林地、灌木林、草地、耕地、裸地、水域和建设用地。

根据本发明实施例的基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法，获取流域出口断面的地表径流过程数据；基于不同栅格土地利用类型的权重进行空间离散化计算；提供了通过经验和实验获得的土地利用类型权重表。本发明方法基于不同土地利用类型的权重确定从一维地表径流数据到二维栅格数据的离散化分配比例，充分考虑了流域的空间异质性对径流量空间离散化的影响；提高了二维水动力模型的计算稳定性，并降低了传统方法中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地利用类型的地表径流流域空间离散化方法的流程图；

图2为根据发明实施例的出口断面模拟流量序列和实测流量序列的对比验证示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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。

本发明提出一种基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法，解决针对水文数据空间离散化时面临的空间异质性问题。

如图1所示，本发明实施例的基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法，包括如下步骤：

步骤1，数据准备：通过水文站点监测数据或水文模型计算，获取流域出口断面的地表径流过程(径流量：r1d，单位：米)和土地利用的栅格数据。即，流域出口断面的地表径流过程可为数学模型计算所得的结果，也可为监测站点的数据。

步骤2，根据不同栅格的土地利用类型确定权重(wfi，j)。

不同栅格的土地利用类型，包括：林地、疏林地、灌木林、草地、耕地、裸地、水域和建设用地。不同栅格权重须根据该栅格的土地利用类型查表1得到，此表基于应用经验和物理实验获得。

表1

步骤3，根据权重(wfi，j)确定不同栅格径流量的分配比例(pri，j)。

采用下式确定不同栅格径流量的分配比例，根据栅格所分配的权重计算流域内所有栅格的分配比例：

其中，wfi，j表示栅格(i，j)的土地利用类型的权重；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为不同栅格径流量的分配比例。

步骤4，根据分配比例将一维数据(径流量：r1d)离散化为二维栅格数据(径流量：rmi，j，单位：米)。

采用下式将一维数据离散化为二维栅格数据:

rmi，j＝pri，j*r1d，(2)

其中，rmi，j表示径流量的二维栅格数据；r1d为流域出口断面的地表径流量的一维数据。

根据本发明实施例的基于土地利用类型的地表径流流域空间离散化方法，获取流域出口断面的地表径流过程数据；基于不同栅格土地利用类型的权重进行空间离散化计算；提供了通过经验和实验获得的土地利用类型权重表。本发明方法基于不同土地利用类型的权重确定从一维地表径流数据到二维栅格数据的离散化分配比例，充分考虑了流域的空间异质性对径流量空间离散化的影响；提高了二维水动力模型的计算稳定性，并降低了传统方法中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。

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极其等同限定。