CN117035480A - 基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统 - Google Patents

基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统，涉及水土流失治理技术领域，所述方法包括：确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；根据第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积，确定待治理流域的目标土壤侵蚀模数；获取待治理流域的当前土壤侵蚀模数；根据目标土壤侵蚀模数和当前土壤侵蚀模数确定待治理流域的水土流失治理度；基于水土流失治理度对待治理流域确定治理措施。本发明实现了流域在冲淤平衡条件下的水土流失治理度的确定。

Description

基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统
技术领域
本发明涉及水土流失治理技术领域，特别是涉及一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统。
背景技术
水土流失是各种生态问题的集中反映。水土保持是江河治理的根本。干流河道冲淤平衡输沙量临界值与流域水土流失治理程度密切相关。如何确定适宜的流域水土流失治理规模，使得入河泥沙量与干流河道冲淤平衡需求的泥沙量相匹配则尤为关键。
当前，河道泥沙输移规律与调控和流域侵蚀产沙研究分属于水力学及河流动力学和水土保持等不同学科，研究方向相对独立。流域水土流失治理多以最大限度降低土壤侵蚀模数进而减少入河泥沙为目标，大江大河干流河道泥沙调控多集中在利用干支流水库进入下游的水沙过程进行调控，塑造相对协调的水沙关系，以减少水库河道淤积。统筹考虑流域侵蚀产沙与河道平衡输沙有机结合研究相对匮乏。而对于多泥沙河流而言，泥沙过多易造成河道淤积，而如果没有一定数量的泥沙补给则会导致河道受到冲刷、河道下切侵蚀加剧等新问题出现。因此，现有的流域水土流失治理度确定方法未统筹考虑河道冲淤平衡等问题，不利于河湖健康生命维持。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统，实现了流域在冲淤平衡条件下的水土流失治理度的确定。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，所述方法包括：
确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；所述第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；所述河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；
根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数；
获取所述待治理流域的当前土壤侵蚀模数；
根据所述目标土壤侵蚀模数和所述当前土壤侵蚀模数确定所述待治理流域的水土流失治理度；
基于所述水土流失治理度对所述待治理流域确定治理措施。
可选地，根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数，具体包括：
根据所述第一河道参数和所述泥沙输移比，确定所述待治理流域的目标侵蚀产沙量；
根据所述目标侵蚀产沙量和所述待治理面积，确定所述目标土壤侵蚀模数。
可选地，根据所述第一河道参数和所述泥沙输移比，确定所述待治理流域的目标侵蚀产沙量，具体包括：
根据所述第一河道参数确定所述待治理流域的目标输沙量；
根据所述目标输沙量和所述泥沙输移比，确定所述目标侵蚀产沙量。
可选地，所述河道水流临界含沙量的确定方法，包括：
确定所述待治理流域的河道水流挟沙力；
根据所述河道水流挟沙力确定所述河道水流临界含沙量。
可选地，确定所述待治理流域的河道水流挟沙力，具体包括：
获取所述待治理流域的第二河道参数；所述第二河道参数包括：所述河道的断面平均流速、水力半径和悬移质的水力粗度；
根据所述第二河道参数确定所述河道水流挟沙力。
可选地，所述泥沙输移比的确定方法，包括：
获取所述待治理流域的年均输沙量和年均侵蚀产沙量；
根据所述年均输沙量和所述年均侵蚀产沙量，确定所述泥沙输移比。
一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定系统，所述系统包括：
第一数据获取模块，用于确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；所述第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；所述河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；
目标土壤侵蚀模数确定模块，用于根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数；
第二数据获取模块，用于获取所述待治理流域的当前土壤侵蚀模数；
流域水土流失治理度确定模块，用于根据所述目标土壤侵蚀模数和所述当前土壤侵蚀模数确定所述待治理流域的水土流失治理度；
治理措施确定模块，用于基于所述水土流失治理度对所述待治理流域确定治理措施。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统，首先，确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；然后，根据第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积，确定待治理流域的目标土壤侵蚀模数；获取待治理流域的当前土壤侵蚀模数；最后根据目标土壤侵蚀模数和当前土壤侵蚀模数确定待治理流域的水土流失治理度从而对待治理流域确定治理措施。本发明实现了流域在冲淤平衡条件下的水土流失治理度的确定，使得治理后的流域实现冲淤平衡的状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法流程示意图；
图2为本发明实施例2提供的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法及系统，旨在实现流域在冲淤平衡条件下的水土流失治理度的确定。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法流程示意图。如图1所示，本实施例中的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，包括：
步骤101：确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量。
步骤102：根据第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积，确定待治理流域的目标土壤侵蚀模数。
步骤103：获取待治理流域的当前土壤侵蚀模数。
步骤104：根据目标土壤侵蚀模数和当前土壤侵蚀模数确定待治理流域的水土流失治理度。
具体的，水土流失治理度的计算公式为：
其中，D为水土流失治理度，无量纲；Ms为目标土壤侵蚀模数；Mx为当前土壤侵蚀模数，可由中国土壤流失方程计算得到，中国土壤流失方程为：
Mx＝FGLSBET。
其中，F为降雨侵蚀力因子；G为土壤可蚀性因子；L为坡长因子；S为坡度因子；B为植被覆盖与生物措施因子；E为工程措施因子；T为耕作措施因子。F、G、L、S、B、E和T可由流域降雨资料、数字高程DEM和土地利用数据等资料确定。
水土流失治理度D介于0～1之间。D越靠近1，表明目标土壤侵蚀模数与当前土壤侵蚀模数更为接近，流域水土流失治理任务较低；D越靠近0，表示流域水土流失治理任务愈加繁重。
步骤105：基于水土流失治理度对待治理流域确定治理措施。
具体的，基于待治理流域的目标水土流失治理度，参照不同区域已有的水土保持措施减沙效益定额(减少效益定额即为某一措施单位面积减沙量，单位为吨)，按照不同措施适宜区对流域水土保持措施进行优化布局，以达到流域目标土壤侵蚀模数，进而实现流域水土保持与河道冲淤平衡等多重目标。目标土壤侵蚀模数下对应的水土流失治理面积为待治理流域的目标水土流失理面积。
作为一种可选的实施方式，步骤102，具体包括：
步骤1021：根据第一河道参数和泥沙输移比，确定待治理流域的目标侵蚀产沙量。
步骤1022：根据目标侵蚀产沙量和待治理面积，确定目标土壤侵蚀模数。
具体的，目标土壤侵蚀模数的计算公式为：
其中，Sy为目标侵蚀产沙量，单位为吨；A为待治理面积，即为待治理流域的面积减去水域面积，可根据流域土地利用基础数据确定。
作为一种可选的实施方式，步骤1021，具体包括：
根据第一河道参数确定待治理流域的目标输沙量。
具体的，目标输沙量的计算公式为：
Sw＝Q×ρ/1000。
其中，Sw为目标输沙量，单位为吨；Q为河道年均径流量，单位为m3，一般流域出口均有水文站，水文站有实测日径流资料，按照时间推算可得逐年径流资料，从而确定河道年均径流量；ρ为河道水流临界含沙量。
根据目标输沙量和泥沙输移比，确定目标侵蚀产沙量。
具体的，目标侵蚀产沙量的计算公式为：
其中，R为泥沙输移比，无量纲。
作为一种可选的实施方式，步骤101中河道水流临界含沙量的确定方法，包括：
步骤1011：确定待治理流域的河道水流挟沙力。
步骤1012：根据河道水流挟沙力确定河道水流临界含沙量。
具体的，河道水流挟沙力表示河道在不冲不淤的平衡状态(即冲淤平衡条件)下的临界含沙量，反映了一定水流条件下，能够挟运泥沙的数量，其单位与水流含沙量相同。故认为，针对某一待治理流域，当水流含沙量等于河道水流挟沙力时，河道不冲不淤，冲淤平衡。即通过河道水流挟沙力可得到河道冲淤平衡目标下的水流临界含沙量。
作为一种可选的实施方式，步骤1011，具体包括：
获取待治理流域的第二河道参数；第二河道参数包括：河道的断面平均流速、水力半径和悬移质的水力粗度。
根据第二河道参数确定河道水流挟沙力。
具体的，河道水流挟沙力的计算公式为：
其中，Sx为河道水流挟沙力；K和m均为正值系数，一般由待治理流域的实测水文泥沙资料获得；U为河道的断面平均流速，单位为米/秒；g为重力加速度，单位为m/s2；r为水力半径，平原区水力半径R可用平均水深h代替，单位为米；ω为悬移质的水力粗度，单位为米/秒。
作为一种可选的实施方式，步骤101中泥沙输移比的确定方法，包括：
获取待治理流域的年均输沙量和年均侵蚀产沙量。
根据年均输沙量和年均侵蚀产沙量，确定泥沙输移比。
具体的，泥沙输移比的计算公式为：
其中，Sc为年均输沙量，单位为吨，可由流域水文控制站实测日径流输沙资料计算得到；Se为年均侵蚀产沙量，单位为吨，可由常用的通用土壤流失方程结合流域基础资料计算得到。
实施例2
图2为本发明实施例2提供的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定系统结构示意图。如图2所示，本实施例中的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定系统，包括：
第一数据获取模块201，用于确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量。
目标土壤侵蚀模数确定模块202，用于根据第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积，确定待治理流域的目标土壤侵蚀模数。
第二数据获取模块203，用于获取待治理流域的当前土壤侵蚀模数。
流域水土流失治理度确定模块204，用于根据目标土壤侵蚀模数和当前土壤侵蚀模数确定待治理流域的水土流失治理度。
治理措施确定模块205，用于基于水土流失治理度对待治理流域确定治理措施。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，所述方法包括：
确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；所述第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；所述河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；
根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数；
获取所述待治理流域的当前土壤侵蚀模数；
根据所述目标土壤侵蚀模数和所述当前土壤侵蚀模数确定所述待治理流域的水土流失治理度；
基于所述水土流失治理度对所述待治理流域确定治理措施。
2.根据权利要求1所述的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数，具体包括：
根据所述第一河道参数和所述泥沙输移比，确定所述待治理流域的目标侵蚀产沙量；
根据所述目标侵蚀产沙量和所述待治理面积，确定所述目标土壤侵蚀模数。
3.根据权利要求2所述的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，根据所述第一河道参数和所述泥沙输移比，确定所述待治理流域的目标侵蚀产沙量，具体包括：
根据所述第一河道参数确定所述待治理流域的目标输沙量；
根据所述目标输沙量和所述泥沙输移比，确定所述目标侵蚀产沙量。
4.根据权利要求1所述的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，所述河道水流临界含沙量的确定方法，包括：
确定所述待治理流域的河道水流挟沙力；
根据所述河道水流挟沙力确定所述河道水流临界含沙量。
5.根据权利要求4所述的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，确定所述待治理流域的河道水流挟沙力，具体包括：
获取所述待治理流域的第二河道参数；所述第二河道参数包括：所述河道的断面平均流速、水力半径和悬移质的水力粗度；
根据所述第二河道参数确定所述河道水流挟沙力。
6.根据权利要求1所述的基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定方法，其特征在于，所述泥沙输移比的确定方法，包括：
获取所述待治理流域的年均输沙量和年均侵蚀产沙量；
根据所述年均输沙量和所述年均侵蚀产沙量，确定所述泥沙输移比。
7.一种基于河道输沙平衡的流域水土流失治理度确定系统，其特征在于，所述系统包括：
第一数据获取模块，用于确定待治理流域的第一河道参数、泥沙输移比和待治理面积；所述第一河道参数包括河道水流临界含沙量和河道年均径流量；所述河道水流临界含沙量为河道在冲淤平衡条件下的含沙量；
目标土壤侵蚀模数确定模块，用于根据所述第一河道参数、所述泥沙输移比和所述待治理面积，确定所述待治理流域的目标土壤侵蚀模数；
第二数据获取模块，用于获取所述待治理流域的当前土壤侵蚀模数；
流域水土流失治理度确定模块，用于根据所述目标土壤侵蚀模数和所述当前土壤侵蚀模数确定所述待治理流域的水土流失治理度；
治理措施确定模块，用于基于所述水土流失治理度对所述待治理流域确定治理措施。
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