小流域地表径流模拟及洪峰调控机制分析——基于元胞自动机的分析与应用

张瓅丹; 陈艺琳; 李潇; 周照强; 陈晓宏

doi:10.13476/j.cnki.nsbdqk.2026.0015

南水北调与水利科技（中英文） ›› 2026, Vol. 24 ›› Issue (1) : 153 -163. DOI: 10.13476/j.cnki.nsbdqk.2026.0015

小流域地表径流模拟及洪峰调控机制分析——基于元胞自动机的分析与应用

张瓅丹, 陈艺琳, 李潇, 周照强, 陈晓宏

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摘要

在元胞自动机框架下构建地表降雨-径流模型（surface rainfall-runoff cellular automata,SRRCA），引入局部细化迭代（local-finer iteration,LFI）策略，系统评估时空尺度效应。以4场实测雨洪和2场设计暴雨为研究对象，经遗传算法率定，模型准确再现小流域地表径流过程，模拟精度达到80%以上。结果表明：全局时间步长在小于大多数栅格的径流转移时间（≤15 min）可以获最优精度，经LFI调优后可将时间步长放宽至30 min时仍维持纳什效率系数(Nash–Sutcliffe efficiency coefficient,E_NS)> 0.75的高水平；定量验证了洪峰流量与汇水面积呈高度线性关系，峰现时间显著受到汇流路径拓扑控制；提出的归一化入流阶数指数(normalized upstream Strahler index,I_NUS)与峰现时间显著正相关，能够量化汇流网络位置对洪峰时序的调控作用。研究系统揭示了汇水面积控制峰值大小、汇流拓扑决定峰现时间的洪峰形成机制，为小流域洪水快速预报提供了新的理论依据与技术支撑。