(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 202210715874.X (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100038 北京市海淀区玉渊潭南路1号 A座9层 申请人 北京市水文总站 (72)发明人 郝春沣　彭弢　牛存稳　贾仰文　 韩春苗　仇亚琴　杜军凯　刘佳嘉　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 辛海明 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06Q 50/02(2012.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种煤炭开采对河川径流影响的数值模拟 方法 (57)摘要 本发明涉及一种煤炭开采对河川径流影响 的数值模拟方法， 属于水文技术分析领域。 本发 明收集输入WEP分布式水文模型所需数据， 并进 行空间展布； 收集模拟流域内水文站的径流数 据， 设置率定期和验证期， 对 WEP模型进行参数率 定和验证； 在WEP 模型中加入煤矿开采模块， 模拟 煤矿开采的影响， 并对煤矿参数进行率定； 基于 率定后的WEP 模型， 设置不同情景， 输出不同煤矿 开采、 气候变化、 社会用水情景下的径流量， 实现 不同因素对径 流量的影 响分析。 本发 明通过不同 情景设置， 解析气候变化、 煤矿开采、 社会用水等 驱动因子与径 流量之间关系， 为评估径流量变化 贡献， 和河川生态保护和修复提供参 考依据。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115221687 A 2022.10.21 CN 115221687 A 1.一种煤炭开采 对河川径流影响的数值模拟方法， 其特 征在于， 该 方法包括如下步骤： S1、 收集输入WEP分布式水文模型 所需数据， 并进行空间展布； S2、 收集模拟流域内水文站的径流数据， 设置率定期和验证期， 对WEP模型进行参数率 定和验证； S3、 在WEP模型中加入煤矿开采 模块， 模拟煤矿开采的影响， 并对煤矿参数进行率定； S4、 基于率定后的WEP模型， 设置不同情景， 输出不同煤矿开采、 气候变化、 社会用水情 景下的径流 量， 实现不同因素对径流 量的影响分析。 2.如权利要求1所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中， 收集的数据包括气象数据、 土地利用数据、 土壤类型数据、 植被类型数据、 D EM数据、 水文站数据和社会取用水 数据。 3.如权利要求2所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中， 利用地理信息系统软件ARCGIS对DEM数据进行填洼、 流向、 流量、 提取河网后， 提取 研究区流 域范围， 并划分子流 域和等高带。 4.如权利要求3所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中， 获取气象站 点的气象数据， 包括逐日降水数据、 逐日气温数据、 逐日湿度数据、 逐日 日照数据和逐日风速数据， 利用VB程序展布到研究区子流域内， 并形成WEP模型输入 所需的 “.dat”格式； 土壤类型数据通过中国土壤资源数据库获得； 土地利用数据、 植被类型数据通过卫星遥感影像解译获取， 并利用ARCGIS软件处理成 ASCII码格式； 水文站数据来自于流 域水文年 鉴； 社会用水 数据通过 水资源公报获取， 并按用水类型展布到等高带。 5.如权利要求2 ‑4任一项所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在 于， 所述步骤S2具体包括如下步骤： S21、 选择率定期和验证期， 以实测水文站径流数据为对象， 输入步骤S1中所有输入数 据文件， 通过WEP模型模拟径流量； 将基于分布式水文模型WEP输出得到的模拟径流值和实 测值对比； S22、 将纳什效率系数、 相对误差和相 关系数作为分布式水文模型WEP模拟效果的评价 指标， 通过模拟径流 值和实测值计算评价指标 结果； S23、 依据评价指标结果， 对模型参数进行调整， 当满足预设条件时即认为模型模拟相 对合理， 即完成对分布式水文模型WEP的率定过程， 认为可用于后续的模拟分析。 6.如权利要求5所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述预 设条件为： 纳什效率系数 大于0.7、 相对误差小于10％， 相关系数 大于0.6。 7.如权利要求5所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤S3具体包括如下步骤： S31、 在WEP模型中加入煤矿开采 模块， 收集煤矿数据， 设置相关的参数和修 正系数； 将采空区按离矿井由近至远划分成x个部分， 将图层与WEP模型的计算单元图层相交， 得到每个计算单元受影响的面积比例， 然后按照采空区半径的平方反距离加权， 得到煤矿 对计算单 元的综合影响系数， 其表达式如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115221687 A 2式中Icij表示i号煤矿对j号计算单元的综合影响系数， x表示将该煤矿i的采空区划分 成不同部分的个数， Sjk表示j号计算单元受煤矿i 的采空区第k部分影响的面积， Scj表示计 算单元j的面积， ωk表示反距离加权的权 重， rk表示第k部分采空区半径； 式中Qsj表示j号计算单元内煤矿形成的采空区内的蓄水量， n表示影响该计算单元的煤 矿个数， Ai表示i号煤矿的年生产能力， Ci表示i号煤矿采空区蓄水量的修正系数， vij表示i 号煤矿对j号计算单元综合影响系数的权重， m是i号煤矿影响的计算单元个数； Icij为i号煤 矿对j号计算单 元的综合影响系数； S32、 煤矿排水量的表达式如下： 式中Ds表示某计算单元内的煤矿排水量， l表示该计算单元内的煤矿个数， Ti表示i号煤 矿的吨煤 排水系数， 即煤矿的排水量与煤炭开采量之比， Ai表示i号煤矿的年生产能力， Ri表 示i号煤矿排出 水量的重复利用系数； S33、 采空区内的快速下渗和渗漏通过增大模型内的垂向和侧向水力传导系数来模拟， 其表达式如下： 式中n表示影响某计算单元的煤矿个数， K's表示计算单元内修正后的垂向水利传导系 数， K'u表示计算单元内修正后的侧向水利传导系数， Ks表示计算单元内修正前的垂向水利 传导系数， Ku表示计算单元内修正前的侧向水利传导系数； Ksc和Kuc是模型模拟中垂向水利 传导系数和侧向水利传导系数的修正系数， Ici表示i号煤矿对该计 算单元的综合影响系数， 固定j后采用公式(1)计算； S34、 在煤矿开采模块中导入Ai、 Sjk、 Scj、 rk、 Ks、 Ku数据， 计算Icij、 Qsj、 Ds、 K's、 K'u数据， 然 后通过与实测径流数据对比率定 Ci、 Ri、 Ksc、 Kuc参数。 8.如权利要求7所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 煤矿数 据包括煤矿的位置、 范围、 年 开采量和煤矿影响的采空区范围。 9.如权利要求7所述的煤炭开采对河川径流影响的数值模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤S4中， 变化期的实测基流量与基准期还原流量之间的差值包括四个部分， 其一为降水变 化影响部 分， 其二为人工取用水影响部 分， 其三为煤矿开采部 分， 其四为下垫面变化影响部 分， 其表达式为： RC＝CC+WC+CM+LC            (8)权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115221687 A 3