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基于GIS和DEM的缺资料地区小流域分布式水文模型研究

任少华  
【摘要】:山丘区小流域地质地貌情况复杂,蓄滞洪能力有限,且河流比降大,汇流速度快,洪水来势猛,发生山洪灾害破坏性极大。而由于山丘区经济与技术条件落后,小流域通常缺乏足够的水文信息和数据,传统暴雨洪水计算方法远不能满足小流域暴雨洪水和山洪灾害防御的需要,在无控制水文断面的山区河道,更是无法开展河道洪水的分析与计算。加上近年来全球气候的变化和人类活动的影响,更加加剧了缺资料地区小流域的洪水防御难度。因此,开展缺资料地区小流域水文现象和水文过程研究,最大限度地减少暴雨洪水灾害损失,十分迫切和重要。分布式水文模型是人们认识和了解自然界水文循环的过程和机理、解决各种水文问题的重要工具,将分布式洪水预报模型应用到缺资料地区,并结合DEM、3S等现代化技术和手段,研究小流域内降雨和下垫面要素空间变化对水文循环的影响,是当今缺资料地区水文研究的前沿方向。本文综合考虑了降雨和下垫面条件在空间上的不均匀性以及降雨强度对小流域水文过程的影响,构建了一个适用于缺资料地区小流域的分布式水文模型。首先,研究了降雨量空间插值方法,分别采用多种降雨量插值方法对蛮峪河所在流域场次降雨进行空间插值,结果表明:克里金法适合于小流域降雨量空间插值,精度更高。其次,将土地利用和土壤类型数据和提取的蛮峪河流域边界进行叠加,确定流域内每个栅格的土地利用和土壤类型情况,为汇流速度的确定提供依据。再次将传统SCS模型改进为栅格式的SCS产流模型进行栅格净雨计算,细化了流域的特性,形成了具有分布式特性的产流模型;认为流速计算公式应考虑雨强,基于空间流速场理论完成小流域汇流计算。最后选取蛮峪河流域15场洪水,对模型精度进行验证。结果表明:各场次洪水模拟结果的确定性系数均大于0.7,其中大于0.9的占53.3%,大于0.8小于0.9的占33.3%,说明该模型的构建较为合理,对小流域的降雨径流关系模拟较好,具有较高的精度。利用本文构建的分布式水文模型可以进行缺资料地区小流域的水文计算,为缺资料地区流域的水文循环研究、水文计算和山洪灾害预报提供一个新的可行手段。


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