CN112288194A - 基于mike模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，步骤一：原始数据收集，通过水文手册查算和统计多个城市历时的面雨量、径流量、前期影响雨量数据以及城市特定数据的收集；步骤二：采用MIKE11的水动力模块建立城市下垫面模型，选取统计某一年中每个月的面雨量、径流量和前期影响雨量以及城市特定数据，将上述数据其导入模型，同时获取城市区域的河流水系图片或矢量数据、河道断面测量数据、湖泊地形测量数据。该基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，不仅将城市面雨量、径流量和前期影响雨量带入模型，还可根据城市特定数据的数值来分析出城市下垫面产汇流的具体形成过程。
Description
技术领域
本发明涉及下垫面技术领域，具体为基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法。
背景技术
下垫面是气候形成的重要因素，是指在热量、动量和水汽交换过程中与大气相互作用的地球表面(土壤、草地、水体等)，下垫面性质对大气温度、湿度、风等有很大影响。城市气候的形成与原有下垫面性质改变和人类活动强度密切相关，城市下垫面是导致城市气候形成的直接原因。降水形成的水流，从它产生的地点向流域出口断面的汇集过程。全称流域汇流，是径流形成概化过程的后一阶段。汇流可分为坡地汇流及河网汇流两个子阶段。坡地汇流指降雨产生的水流从它产生地点沿坡地向河槽的汇集过程。坡地是产流的场所，也是径流输移的场所。坡地汇流包括坡面、表层和地下三种径流成分的汇流。坡面上的水流多呈沟状或片状，从产流地点到河网的流程不长，因此汇流历时较短。由于坡面糙率大，坡度陡，水流惯性作用可以忽略。表层汇流和地下汇流均属有孔介质中的水流运动。它们的运动都比地面流缓慢。表层汇流速度比地下汇流高得多，地下汇流的速度最低。指根据给定流域上一场降雨的净雨量的时空分布，推求流域出口断面径流量的变化过程(或称流量过程)。中小流域的汇流计算，一般在径流成因公式基础上经过一定概化和简化后进行，其中常用的流域汇流曲线是流域单位过程线(包括经验单位线、成因单位线和综合单位线等)或等流时线面积分配曲线。较大流域的汇流计算比较复杂，主要应考虑：输入(净雨或总入流)在时程上的变化和面分布的不均匀性；流域上不同地点的入流需要经过不同的调蓄作用；流域的蓄泄关系(指流域出口断面流量与流域蓄水量之间的定量关系)一般是非线性的。汇流计算方法很多，按流域蓄泄关系特性可分为线性和非线性汇流模型；按输入空间分布特征可分为集总参数和分布参数模型；按径流成分可分为地表径流、表层径流和地下径流模型，按流域汇流阶段可分为坡地汇流与河槽或河网汇流计算模型等。
现有对城市下垫面产汇流形成的分析方法不全面，不能够将城市内一些特定的数据加以对比，导致得出的分析数据与实际数值差异较大。
发明内容
本发明的目的在于提供基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，以解决上述背景技术中的现有对城市下垫面产汇流形成的分析方法不全面，不能够将城市内一些特定的数据加以对比，导致得出的分析数据与实际数值差异较大问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其步骤如下：
步骤一：原始数据收集，通过水文手册查算和统计多个城市历时的面雨量、径流量、前期影响雨量数据以及城市特定数据的收集；
步骤二：采用MIKE11的水动力模块建立城市下垫面模型，依据MIKE11软件默认值设定空白的MIKE11水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初始值，依据城市区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的MIKE11水动力模型并进行城市地形网格的绘制，选取统计某一年中每个月的面雨量、径流量和前期影响雨量以及城市特定数据，将上述数据其导入模型，同时获取城市区域的河流水系图片或矢量数据、河道断面测量数据、湖泊地形测量数据，对城市区域水网模型进行概化，提取典型河流和湖泊，生成产汇流文件；
步骤三：将多个城市特定数据导入模型，基于降水量数据栅格以及坡面度栅格划分为四个区域；
步骤四：将各个城市指定期间的降水量与排水量进行对比，判断是否存在积水的情况，存在积水的情况时，则进一步城市特定数据中的其他部分进行对比；
步骤五：由程序围绕降水量和径流量生成流线图，与之为城市特定数据中的其他部分作为对比图，判断基于城市特定数据上，是否有直接的联系；
步骤六：通过数据计算出城市内地表的蓄水量，等于流入的部分加上本时段的降水再减去本时段的入渗量，通过数据计算出城市部分的产流量，即城市的蓄水量超过城市最大储量的部分作为产流量，如果不超过则产流量为0，提取同样位置处模型计算得到的数值；最后将实测值和模型计算的数值进行对比分析，计算两者的误差；若代表点处的实测值与模型值之间的误差较大，则修改模型参数，重新进行模型的率定，直至误差在允许的范围之内。
步骤七：将上述各个步骤中的数据进行对比，通过建立文档分析出城市下垫面产汇流的形成过程。
优选的，所述城市特定数据包括大气温度、湿度、风以及蒸发量数据。
优选的，所述城市特定数据还包括城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量、城市蓄水量以及排水量，数据模型相关参数的设置：为模拟降雨在传播过程中的物理现象，将城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量进行相关参数的设置，将优选出的产汇流参数代入相应的关系函数检验，进行分析评估。
优选的，所述河流数据包括其本身的糙率、阻力、水体密度以及涡粘系数。
优选的，所述面雨量、径流量和前期影响雨量的数据按照时间顺序绘制曲线图，应注意三条曲线之间不能相交，且三条曲线绘制的距离要适中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，不仅将城市面雨量、径流量和前期影响雨量带入模型，还可根据城市特定数据的数值来分析出城市下垫面产汇流的具体形成过程，使之更为精确快速，能够提高城市坡面产汇流过程模拟精度，评价分析城市对产汇流过程的影响及贡献，具有重要的实际意义和应用价值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明作进一步发明。
实施例一：
本发明公开了基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其步骤如下：
步骤一：原始数据收集，通过水文手册查算和统计多个城市历时的面雨量、径流量、前期影响雨量数据以及城市特定数据的收集；
步骤二：采用MIKE11的水动力模块建立城市下垫面模型，依据MIKE11软件默认值设定空白的MIKE11水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初始值，依据城市区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的MIKE11水动力模型并进行城市地形网格的绘制，选取统计某一年中每个月的面雨量、径流量和前期影响雨量以及城市特定数据，将上述数据其导入模型，同时获取城市区域的河流水系图片或矢量数据、河道断面测量数据、湖泊地形测量数据，对城市区域水网模型进行概化，提取典型河流和湖泊，生成产汇流文件；
步骤三：将多个城市特定数据导入模型，基于降水量数据栅格以及坡面度栅格划分为四个区域；
步骤四：将各个城市指定期间的降水量与排水量进行对比，判断是否存在积水的情况，存在积水的情况时，则进一步城市特定数据中的其他部分进行对比；
步骤五：由程序围绕降水量和径流量生成流线图，与之为城市特定数据中的其他部分作为对比图，判断基于城市特定数据上，是否有直接的联系；
步骤六：通过数据计算出城市内地表的蓄水量，等于流入的部分加上本时段的降水再减去本时段的入渗量，通过数据计算出城市部分的产流量，即城市的蓄水量超过城市最大储量的部分作为产流量，如果不超过则产流量为0，提取同样位置处模型计算得到的数值；最后将实测值和模型计算的数值进行对比分析，计算两者的误差；若代表点处的实测值与模型值之间的误差较大，则修改模型参数，重新进行模型的率定，直至误差在允许的范围之内。
步骤七：将上述各个步骤中的数据进行对比，通过建立文档分析出城市下垫面产汇流的形成过程。
本发明中：城市特定数据包括大气温度、湿度、风以及蒸发量数据，地面、地下径流的汇流速度相差很大。地面径流的流速以几米每秒计,地下径流则以几米每天计。因此,流域出口流量中地面与地下的径流比例对流量过程的特性起着决定性的作用。当雨强大时，地面径流的比例大时，流域汇流就快，流量过程猛涨猛落，形成洪水。而当雨小或无雨时，地下径流的比例大，流域汇流就慢，流量过程十分平稳，形成枯水。各个流域的气候、地质等条件相差很大，因此径流比例的差别也很大，表现在流量过程线上，差异十分明显。
本发明中：城市特定数据还包括城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量、城市蓄水量以及排水量，数据模型相关参数的设置：为模拟降雨在传播过程中的物理现象，将城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量进行相关参数的设置，将优选出的产汇流参数代入相应的关系函数检验，进行分析评估。
综上所述：该基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，不仅将城市面雨量、径流量和前期影响雨量带入模型，还可根据城市特定数据的数值来分析出城市下垫面产汇流的具体形成过程，使之更为精确快速，能够提高城市坡面产汇流过程模拟精度，评价分析城市对产汇流过程的影响及贡献，具有重要的实际意义和应用价值。
本发明中：所述河流数据包括其本身的糙率、阻力、水体密度以及涡粘系数：
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：原始数据收集，通过水文手册查算和统计多个城市历时的面雨量、径流量、前期影响雨量数据以及城市特定数据的收集；
步骤二：采用MIKE11的水动力模块建立城市下垫面模型，依据MIKE11软件默认值设定空白的MIKE11水动力模型的浅水方程参数CLF、干湿边界、涡粘性系数、糙率、科氏力初始值，依据城市区域的实测风力数据设定风力初始值，得到研究区域的MIKE11水动力模型并进行城市地形网格的绘制，选取统计某一年中每个月的面雨量、径流量和前期影响雨量以及城市特定数据，将上述数据其导入模型，同时获取城市区域的河流水系图片或矢量数据、河道断面测量数据、湖泊地形测量数据，对城市区域水网模型进行概化，提取典型河流和湖泊，生成产汇流文件；
步骤三：将多个城市特定数据导入模型，基于降水量数据栅格以及坡面度栅格划分为四个区域；
步骤四：将各个城市指定期间的降水量与排水量进行对比，判断是否存在积水的情况，存在积水的情况时，则进一步城市特定数据中的其他部分进行对比；
步骤五：由程序围绕降水量和径流量生成流线图，与之为城市特定数据中的其他部分作为对比图，判断基于城市特定数据上，是否有直接的联系；
步骤六：通过数据计算出城市内地表的蓄水量，等于流入的部分加上本时段的降水再减去本时段的入渗量，通过数据计算出城市部分的产流量，即城市的蓄水量超过城市最大储量的部分作为产流量，如果不超过则产流量为0，提取同样位置处模型计算得到的数值；最后将实测值和模型计算的数值进行对比分析，计算两者的误差；若代表点处的实测值与模型值之间的误差较大，则修改模型参数，重新进行模型的率定，直至误差在允许的范围之内。
步骤七：将上述各个步骤中的数据进行对比，通过建立文档分析出城市下垫面产汇流的形成过程。
2.根据权利要求1所述的基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其特征在于：所述城市特定数据包括大气温度、湿度、风以及蒸发量数据。
3.根据权利要求1所述的基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其特征在于：所述城市特定数据还包括城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量、城市蓄水量以及排水量，数据模型相关参数的设置：为模拟降雨在传播过程中的物理现象，将城市下垫面粗糙度、城市能源消耗和人为释放热量、城市蓄热量进行相关参数的设置，将优选出的产汇流参数代入相应的关系函数检验，进行分析评估。
4.根据权利要求1所述的基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其特征在于：所述河流数据包括其本身的糙率、阻力、水体密度以及涡粘系数。
5.根据权利要求1所述的基于MIKE模型构建的城市下垫面产汇流形成过程分析方法，其特征在于：所述面雨量、径流量和前期影响雨量的数据按照时间顺序绘制曲线图，应注意三条曲线之间不能相交，且三条曲线绘制的距离要适中。
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| CN113673765A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-19 | 四创科技有限公司 | 一种小流域洪水预报预警方法及终端 |
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