基于分形的运动波尺度本构关系研究

受数据精度、计算目标和计算效率等因素的限制,水文模型往往需要在不同尺度下对水文响应进行模拟与分析。以运动波模型为研究对象,讨论了水文模型尺度响应对空间异质性的感敏性,并提出一种基于分形思想的模型升尺度方法,充分考虑尺度内水位、流速与地形空间异质性的影响,实现了模型尺度与模拟尺度的匹配,有效降低了模型对于尺度的依赖性。

基于数值试验的山坡尺度降雨产流关系

山坡是流域水文响应的基本单元,对山坡降雨产流关系特别是山坡降雨产流的阈值现象的研究,有助于增进山坡水文过程的了解,进而改进流域的降雨径流模拟。本研究利用经过野外实验详细验证的二维山坡水动力学数值模型THRM,借鉴统计物理的思路,将土壤水分运动由微观网格升尺度到宏观山坡。通过数值试验分析山坡尺度降雨径流关系的特征,结果显示:山坡尺度降雨径流响应普遍存在阈值-线性的两阶段规律,即降雨低于某阈值时不产流,大于该阈值后降雨量与产流量呈现线性关系。数值试验还揭示了降雨阈值出现的过程机理,即降水入渗至土壤-基岩界面,填满基岩地形的凹陷后,交界面土壤水分达到近似饱和状态,山坡达到蓄满状态,土壤基岩交界面成为水流的优先通道而开始产流。山坡产流的降雨阈值可以认为是使山坡蓄量空间充满的降雨量。定义山坡蓄满后降雨量与产流量的相关系数为山坡产流系数,研究表明降雨阈值随着坡度的增加而减少,而山坡产流系数随着坡度的增加而增大。