(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 202210812426.1 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 黄河水利委员会黄河水利科 学研究 院 地址 450000 河南省郑州市顺河路45号 (72)发明人 吕锡芝　王建伟　秦天玲　张秋芬　 倪用鑫　马力　左仲国　孙娟　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 申龙华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01N 33/00(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种水土资源互馈作用机制识别方法及系 统 (57)摘要 本发明提供一种水土资源互馈作用 机制识 别方法及系统， 包括： 获取目标区域的水文数据、 气象数据、 地质数据和遥感数据； 根据获取的数 据进行能量过程模拟、 蒸发散热过程模拟、 垂直 入渗计算、 坡面产流计算、 坡面汇流计算和河道 汇流计算以及地下水运动计算， 得到分布式水文 模型； 同时结合流域不同时间尺度的地表产流 量、 降水量、 蒸发散热量以及不同土地利用类型 的净初级生产力得到流域空间内不同时间段的 产流系数和蒸发散热与净初 级生产力的比值； 根 据产流系数和蒸发散热与净初级生产力的比值 确定水土资源相互作用规律。 基于流域多过程多 要素的模拟得到水文模型能够准确的获知水土 资源相互作用规律， 为流域 综合治理与水土资源 优化配置提供技 术支持。 权利要求书3页 说明书11页 附图8页 CN 115186483 A 2022.10.14 CN 115186483 A 1.一种水土资源互馈作用机制识别方法及系统， 其特 征在于， 包括： 获取目标区域的水文数据、 气象数据、 地质数据和遥感数据； 根据所述水文数据、 所述气象数据、 所述地质数据和所述遥感数据进行能量过程模拟、 蒸发散热过程模拟、 垂 直入渗计算、 坡面产流计算、 坡面汇 流计算和河道汇流计算以及地下 水运动计算， 得到分布式水文模型； 所述能量过程模拟包括长波辐射和短波辐射计算； 所述 蒸散发过程模拟包括植被蒸腾、 植被截留蒸发、 水域蒸发、 裸土蒸发、 城市地表蒸发和建筑 物蒸发； 基于所述分布式水文模型计算和 统计流域不同时间尺度的地表产流量并结合降水量 得到流域空间内不同时间段的产流系数； 基于所述分布式水文模型计算和 统计流域不同时间尺度的蒸发散热量并结合不同土 地利用类型的净初级生产力确定蒸发散热与净初级生产力的比值； 根据所述产流系数和所述蒸发散热与净初级生产力的比值确定水土资源相 互作用规 律。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述获取目标区域的水文数据、 气象数据、 地质数据和遥感数据， 具体包括： 以所述目标区域的数字高程模型DEM为基础， 利用水文分析工具进行填洼计算、 流向计 算、 汇流累积量计算 生成流域， 得到流 域水文分析 数据； 以所述流域水分分析数据中的流域范围为边界条件， 对所述数字高程模型DEM进行切 割， 得到流 域高程数据、 土壤 类型数据、 土壤厚度数据、 土地利用类型 数据、 河网数据； 选取所述流域范围内及其预设范围内的气象站和雨量站， 对气象站和雨量站进行顺序 编号； 利用创建泰 森多边形工具分别绘制所述气象站和所述 雨量站的泰 森多边形； 以所述流域范围为边界， 将绘制成的泰森多边形安装气象站编号和雨量站编号分别转 换成栅格文件； 基于所述 栅格文件提取气象数据和降水 数据； 基于所述栅格文件获取气象站纬度和高程、 降水随高程的变化率、 各月植被覆盖数据、 各月叶面积指数数据、 各种土地利用地表对短波辐射的反射率、 各类土壤饱和含 水率、 各类 土壤田间持水率、 各类土壤凋萎系数、 各类土地利用类型的洼储留量、 各土壤层横向 ‑纵向‑ 垂向渗透系数、 坡面曼宁系数和河道曼宁系数。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述分布式水文模型计算和统计 流域不同时间尺度的蒸发散热量并结合不同土地利用类型的净初级生产力确定蒸发散热 与净初级生产力的比值， 具体包括： 基于所述分布式水文模型计算和统计流 域不同时间尺度的蒸发散热量； 利用不同土地利用类型的净初级生产力定额及土地利用空间分布得到流域内净初级 生产力的空间分布； 确定所述蒸发散热量和空间上的所述净初级生产力之间的比值， 得到所述蒸发散热量 和所述净初级生产力的比值在不同时间尺度的空间分布。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述产流系数和所述蒸发散热与 净初级生产力的比值确定水土资源相互作用规 律， 具体包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186483 A 2将流域空间内不同时间段的所述产流系数作为研究土地资源对水资源影响的指标， 将 所述蒸发散热量和所述净初级生产力的比值在不同时间尺度的空间分布作为研究水资源 对土地资源影响的指标， 从时间和空间两个角度分析 水土资源的互馈作用。 5.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述水文数据、 所述气象数据、 所 述地质数据和所述遥感数据进 行能量过程模拟、 蒸发散热过程模拟、 垂 直入渗计算、 坡面产 流计算、 坡面汇流计算和河道汇流计算以及地下水运动计算， 得到 分布式水文模 型， 具体包 括： 按照国家标准 《土地利用现状分类》 将下垫面类型进行精细化分类； 所述精细化分类表 示将所述下垫面类型划分预设 分类数； 对每一下垫面， 计算长波辐射和短波辐射进行能量过程模拟； 根据植被蒸腾情况、 植被截留蒸发情况、 水域蒸发情况、 裸土蒸发情况和城市地标蒸发 和建筑物蒸发情况进行蒸发散热 过程的模拟； 在计算土壤水与地下 水变化量的过程中进行垂直入渗计算和坡面产流计算； 利用运动波模型进行坡面汇流和河道 汇流模拟； 根据达西公式进行地下 水运动的模拟。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述在计算土壤水与地下水变化量的过程 中进行垂直入渗计算和坡面产流计算， 具体包括： 获取降雨 量经截留和填洼进入土壤的净雨 量； 获取所述土壤的净雨 量下渗补给地下 水的第一水量； 获取蒸发返回大气的第二水量以及植被蒸腾到大气的第三水量； 获取最终保留在土壤中的第四水量； 根据所述土壤的净雨量、 所述第 一水量、 所述第 二水量、 所述第三水量以及所述第四水 量确定地表与地下 水量交换 过程， 进而实现垂直入渗计算和坡面产流计算。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述利用运动波模型进行坡面汇流和河道 汇流模拟， 具体包括： 以所述DEM生成的河网水系为基础， 通过汇流累积量和流向确定坡面网格和河道网格 的拓扑关系和计算 顺序； 根据连续性方程构建栅格内水量平衡方程， 并结合曼宁公式和河道端面方程， 将运动 波方程数据值 化， 得到模拟化的坡面汇流和模拟化的河道 汇流。 8.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 根据达西公式进行地下水运动的模拟， 具 体包括： 对地下水模拟区域进行网格剖分； 对单个栅格 应用质量守恒和达西公式， 得到相邻两个栅格间的流 量； 选定网格中的中心栅格， 对每一中心栅格根据相邻 两栅格间的流量确定周边栅格流入 对应的中心栅格上 的第一流量； 所述周边栅格指与所述中心栅格相连接的栅格， 所述中心 栅格为被其 他栅格包围的栅格； 计算含水层任一源流到所述中心栅格的第二 流量； 计算含水层多源流到所述中心栅格的第三 流量； 根据所述第 一流量、 所述第 二流量和所述第 三流量结合所述连续性方程确定各栅格的权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186483 A 3