基于能量转换的地貌单位线计算方法及应用

作     者：王文川 赵延伟 徐冬梅 刘昌军 马强 Wang Wenchuan;Zhao Yanwei;Xu Dongmei;Liu Changjun;Ma Qiang

作者机构：华北水利水电大学水资源学院郑州450046 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究中心北京100038 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2022年第38卷第8期

页      面：135-142页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：河南省重点研发与推广专项(科技攻关)(202102310259,202102310588) 国家自然科学基金项目(51509088) 河南省高校科技创新团队项目(18IRTSTHN009) 

主　　题：径流 流速 空间分布 洪水预报 地貌单位线 分布式水文模型 

摘      要：该研究基于能量转换原理构建汇流模型,针对中小河流汇流参数确定困难、汇流计算准确度低的问题,分析流域内水质点能量的空间分布,采用将重力势能转化为动能的方式估计地表水流速度,计算空间流速场并提取地貌单位线。采用分辨率30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,将湖南省竹溪坡流域划分为57个计算单元,分别采用能量转换法和坡度雨强法提取了地貌单位线。构建了研究区的分布式模型,其中产流计算采用新安江模型,坡面汇流采用地貌单位线模型,河网汇流采用马斯京根法,对竹溪坡流域36场降雨径流过程进行模拟。采用统计方法分析汇流参数,对参数的取值范围进行了评估。结果表明,与坡度雨强法相比,基于能量转换方式的洪水模拟结果中,峰现时间误差不超过1 h的场次比例由30.5%提高到83.3%,确定性系数不低于0.9的场次由9场提升至17场,平均确定性系数达到0.89,显著提高了模拟精度。通过对断面流速进行统计分析,评估竹溪坡流域汇流参数取值范围为[0.008, 0.014],当参数在此区间浮动时,确定性系数不低于0.9的场次比例为44%~50%,与率定得到的结果接近。该方法物理意义明确,参数可以通过率定或者测量方式确定,为无资料地区汇流规律研究提供了一种可靠思路。