线性水库滞留汇流及嵌套流域（多子流域）汇流方法

摘要

本发明公开了一种线性水库滞留汇流及嵌套流域（多子流域）汇流方法，收集研究流域降雨量、蒸发量和径流量的长系列数据，由降雨量、蒸发量和径流量应用水文模型计算产流过程，应用Nash线性水库方法，将流域内汇流路径视为N个串联的线性水库，上一个水库的出流为下一个水库的入流，得到Nash瞬时单位线，引入滞留系数()描述线性水库的蓄水能力，采用二项式近似模拟Nash瞬时单位线，对水文模型的汇流方法进行改进；本发明保留了瞬时单位线从时间和空间尺度上描述流域汇流过程的优势，同时避免了应用中复杂的参数问题，适用于在大尺度流域水文模拟，尤其在气候变化下流域水循环研究中具有重要的实用价值，该方法应用简便，且给出的模拟结果也更为客观科学、精度更高。

主权项

一种线性水库滞留汇流及嵌套流域(多子流域)汇流方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)收集研究流域降雨量、蒸发量和径流量的长系列数据，分析数据的代表性和一致性；(2)选择研究流域的水文模型，由降雨量、蒸发量和径流量应用水文模型计算产流过程；(3)应用Nash线性水库方法，将流域内汇流路径视为N个串联的线性水库，上一个水库的出流为下一个水库的入流，得到Nash瞬时单位线；(4)引入滞留系数α(0≤α≤1)描述线性水库的蓄水能力，采用二项式[(1‑α)+α]^N近似模拟Nash瞬时单位线，对水文模型的汇流方法进行改进，即：U'(t)＝{(1‑α)^N,λ₂(1‑α)α^N‑1,...,λ_n(1‑α)ⁿα^N‑n,...,α^N}各项即为二项式[(1‑α)+α]^N展开项，各项系数1，λ₂…λ_n组成杨辉三角(帕斯卡三角)；(5)假定坡面汇流和河道汇流的速度分别为RV和CHV，则坡面汇流时间t₀为：t₀＝L(1)/CHV其中，L(i)为第i级河道到达出口断面的最远距离，则河道的汇流时间为：t_i＝t₀+(L(i)‑L(1))/RV其中，t_i(i＝1,…,m)为第i级河道的汇流时间，则流域汇流时间为t_m；第i级河道径流的滞后时段为TCH(i)＝t_i/dt，其中dt为计算时段，当t_i/dt为整数时最先到达出口的径流滞后时段为j₀＝INT(t₀/dt)，否则j₀＝INT(t₀/dt)+1；当t_m/dt为整数时，最远点径流滞后时段n＝INT(t_m/dt)，否则n＝INT(t_m/dt)+1；如果汇流时间多于计算时段，即t_m＞dt，则在第k个时段产生的径流将在k+j₀～k+n时段内陆续到达出口断面；对多个子流域组成的嵌套流域情况，对上游某一子流域p，η表示当前子流域到达流域出口的时间延迟，则演进单位线可表示为二项式[(1‑α)+α]^j+η，j＝j₀+1,…,n，在第k个时段产生的径流将在k+j₀+η～k+n+η时段内陆续到达出口断面，则在k+j₀～k+j(j＝j0+1,…,n)时段内，到达出口断面径流的比例A(j)：$\begin{array}{c}A\left(j\right)=\{\mathrm{ACH}(i-1)+[\mathrm{ACH}\left(i\right)-\mathrm{ACH}(i-1)]\times [j-\mathrm{TCH}(i-1)]/\\ [\mathrm{TCH}\left(i\right)-\mathrm{TCH}(i-1)]\}\times \overline{\phi \left(p\right)}\end{array}$其中，ACH(i)为L(i)对应的流域面积占流域总面积的百分比，为二项式[(1‑α)+α]^j+η的第j+η+1个展开项；假定第k时段流域的产流量Q^k，第k+j时段内，到达出口的径流比例为ΔA(j)＝A(j)‑A(j‑1)，则第k+j段时k时段的产流在流域出口形成的流量为：Q^k+j＝Q^k+j×ΔA(j)分别计算各时段产流量在流域出口形成的流量过程，在不考虑流域河槽调蓄情况下，将同时出现在出口的流量直接叠加，得整个降水的模拟流量过程。