(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210889952.8 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新区科 学大 道100号 (72)发明人 甘容　徐孟莎　李旖旎　陶洁　 (74)专利代理 机构 深圳市能闻知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44717 专利代理师 熊旺 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/14(2006.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 变化环境下闸控河流的基流和地表径流的 水文过程模拟方法及系统 (57)摘要 本发明公开一种变化环境下闸控河流的基 流和地表径 流的水文 过程模拟方法及系统， 方法 包括基于SWAT闸控河流水文模型， 模拟得到闸控 河流的基流数据和地表径流数据； 将数字滤波法 分割得到的基流数据和地表径流数据与SWAT闸 控河流水文模型模拟得到的基流数据和地表径 流数据进行对比分析； 分别对SWAT闸控河流水文 模型模拟得到的基流数据以及地表径流数据与 气象数据进行交叉小波变换和/或小波相干变 换， 得到基流数据以及地表径 流数据与气象数据 的交叉小波变换和/或小波相干变换结果， 以确 定基流以及地表径流与气象要素之间在时频域 中的相干程度； 向SWAT闸控河流水文模型输入闸 控河流不同情景的土地利用类型数据， 得到土地 利用类型要素对基流和地表 径流的影响结果。 权利要求书4页 说明书15页 附图2页 CN 115169145 A 2022.10.11 CN 115169145 A 1.一种变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 获取闸控河流的多种基础数据和实测径流数据， 多种所述基础数据包括DEM数据、 土壤 类型数据、 土地利用类型 数据和气象数据； 在原始SWAT水文模型的基础上， 将非线性水库和闸坝模块同时引 入， 并根据所述闸控 河流的多种基础数据， 建立SWAT闸控河流水文模型； 基于所述SWAT闸控河流水文模型， 模拟得到所述闸控河流的基流数据和地表径流数 据； 基于所述 闸控河流的实测径流数据， 运用数字滤波法将所述 闸控河流的实测径流数据 分割为基流和地表 径流两部分； 将所述数字滤波法分割得到的基流数据和地表径流数据与所述SWAT闸控河流水文模 型模拟得到的基流数据和地表径 流数据进 行对比， 以实现对 所述SWAT闸控河流水文模型模 拟得到的基流数据和地表 径流数据的对比和验证； 分别对所述SWAT闸控河流水文模型模拟得到的基流数据以及地表径流数据与所述气 象数据进行交叉小波变换和/或小波相 干变换， 得到基流数据以及地表径流数据与所述气 象数据的交叉小 波变换和/或小 波相干变换 结果； 根据得到的基流数据以及地表径流数据与 所述气象数据的交叉小波变换和/或小波相 干变换结果， 确定基流以及地表 径流与气象要素之间在时频域中的相干程度； 向建立的所述SWAT闸控河流水文模型输入所述闸控河流的不同情景的所述土地利用 类型数据， 得到 土地利用类型要素对所述基流和所述 地表径流的影响结果。 2.根据权利要求1所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述SWAT闸控河流水文模型的水文循环阶段由下式描述： 其中， SW0和SWt分别为时段初和时段末的土壤含水量， mm； t为时间步长， d； Rday为时间步 长内的降水量， mm； Qsurf为时间步长内产生的地表径流量， mm； Ea为时间步长内的蒸散发量， mm； Wseep为时间步长内土壤剖面下渗和侧向流的水量， mm； Qgw为时间步长内汇入河流的地下 水量， mm。 3.根据权利要求1所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述SWAT闸控河流水文模型在估算地表径流时采用SCS ‑CN法， SCS曲线数 方程为： 其中， Qsurf表示地表径流， mm； Pday表示某天的雨深， mm； Ia表示初损量， mm； S表示滞留量， mm； S的计算公式为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115169145 A 2其中， CN表示某天的曲线数。 4.根据权利要求1所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述基于所述闸控河流的实测径流数据， 运用数字滤波法将所述闸控河流 的实测径流数据分割为基流和地表 径流两部分的步骤所 涉及的计算公式如下： Qb(i)＝Qi‑Qd(i) 其中， Qd(i)为第i天的地表径流量， m3/s； Qd(i‑1)为第i‑1天的地表径流量， m3/s； Qi为第i天 的径流量， m3/s； Qi‑1为第i‑1天的径流 量， m3/s； Qb(i)为第i天的基流 量， α 为滤波系数。 5.根据权利要求1所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述基流以及地表径流与气象要素之间在时频域中的相 干程度包括所述 基流以及地表 径流与气象要素之间的共 振周期和相位关系。 6.根据权利要求5所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述气象数据包括降水和气温， 所述分别对所述SWAT闸控河流水文模 型模 拟得到的基流数据以及地表径流数据与所述气象数据进行 交叉小波变换和/或小波相干变 换， 得到基流数据以及地表径流数据与所述气象数据的交叉小波变换和/或小波相 干变换 结果的步骤 包括： 分别绘制地表径流数据 ‑降水数据、 地表径流数据 ‑气温数据、 基流数据 ‑降水数据以及 基流数据 ‑气温数据的交叉小 波图和小 波相干图； 对各交叉小波图和小波相干图的通过了95％显著性检验的区域进行分析， 以确定两变 量之间共振周期及相位关系， 其中， 两变量之 间指的是地表径流数据和降水数据、 地表径 流 数据和气温数据、 基流数据和降水 数据以及基流数据和气温数据之间。 7.根据权利要求1所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述向建立的所述SWAT闸控河流水文模型输入所述闸控河流的不同情景 的所述土地利用类型数据， 得到土地利用类型要 素对所述基流和所述地表径流的影响结果 的步骤包括： 向所述SWAT闸控河流水文模型输入早期的土地利用类型数据， 然后驱动所述SWAT闸控 河流水文模型运行， 以进行基准期的基流和地表 径流的模拟； 调整基准期的土地利用类型数据， 设置极端土地利用情景， 然后驱动所述SWAT闸控河 流水文模型运行， 以进行土地利用类型 数据调整后的基流和地表 径流的模拟； 对比分析土地利用类型数据调整后的基流和地表径流的模拟结果和基准期的基流和 地表径流的模拟结果， 得到 土地利用类型要素对所述基流和所述 地表径流的影响结果。 8.根据权利要求7所述的变化环境下闸控河流的基流和地表径流的水文过程模拟方 法， 其特征在于， 所述土地利用类型数据包括耕地、 林地、 草地和城镇用地， 所述向建立的所 述SWAT闸控河流水文模 型输入所述闸控河流的不同情景的所述土地利用类型数据， 得到土 地利用类型要素对所述基流和所述 地表径流的影响结果的步骤 包括： 向所述SWAT闸控河流水文模型输入某一年各土地利用类型数据， 然后驱动所述SWAT闸权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115169145 A 3