气象数据不确定性对SWAT模型径流模拟影响.pdf

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1、第45卷第9期人民长江Vo1．45．No．92014年5月YangtzeRiverMay，2014文章编号：1001—4179(2014)09—0034—05气象数据不确定性对SWAT模型径流模拟影响廖亚一，吕海深2，李占玲。(1．河海大学理学院，江苏南京211100；2．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098；3．中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京10008'3)摘要：气象数据是SWAT模型重要的输入数据之一，受当前大气观测技术的局限，实测气象要素数据存在一定的不确定性，这种不确定性会影响模型模拟结果的精度。

2、以黑河上游莺落峡流域为例，通过蒙特卡洛采样获得服从正态分布的随机数，在实测数据上加入随机误差来表示数据的不确定性，进而探讨气象数据输入不确定性对swAT模型径流模拟结果的可能影响。结果分析表明：总体上，输入的气象要素数据不确定性对模型模拟结果影响较大；其中降水数据的不确定性对模型模拟结果影响最大；同时发现在模拟过程中考虑气象数据本身的误差影响，可有效提高径流模拟的精度。关键词：SWAT模型；气象数据；不确定性；黑河流域中图法分类号：TV121文献标志码：A水文模型是人们研究水循环、探究水文过程的有报来预报降雨，这也是未来降水输入的趋势，即以效工具，

3、可为径流模拟和流域水循环研究提供有效手特定的概率分布输入，而不是预报站点的雨量信息输段。国内外初步研究成果表明，气象数据可能存在的入。不确定性对水文模型模拟效果有较大的影响。目前，本文仅从气象数据输人影响分析出发，考虑数据对气象数据的研究大多集中在降水的时空变异性对径在观测时可能产生的不确定性，即观测误差，并以黑河流量的影响上，V．L．Lopes发现雨量站网的密度以及上游为例，通过SWAT模型探讨气象数据本身的不确流域内站点的空间分布对径流预测结果有很大影定性对径流模拟结果的影响。响⋯。另外，也有学者分析研究单一气象要素的不确1研究区域及数据准备定

4、性对径流模拟的影响，N．Nandakumar和R．G．Mein研究认为，10％的降水误差会带来最高35％的径流误1．1研究区概况差；10％的潜在蒸发误差会带来最高10％的径流误黑河是我国西北地区第二大内陆河，发源于祁连差[23。Chiang等发现，结合雷达降水数据会明显提高山北麓中段，流域范围介于东经98。～102。，北纬37。径流模拟的精度。国内王中根等发现采用“泰森～42。之间，涉及青海、甘肃、内蒙3省(自治区)。本多边形法”和“距离倒数加权法”等生成子流域的降雨文研究区选在黑河上游莺落峡流域，是黑河的主要产输入数据，可以克服降雨空间分布不均匀

5、的影响，提高流区，出山口莺落峡以上河长303km，流域面积10009降水空间分布的精度。Shah等认为土壤前期含水km(见图1)。黑河上游径流主要由降水所形成，年降量对径流的预测有较大影响，以SHE模型为例，发现水量约为350mm，降水量年内变化较大，具有明显的流域在“干燥”条件下的径流预测误差大于“湿润”的雨季和旱季之分。气候方面，黑河地处祁连山中段河条件下[63。Soe等研究发现可以采用概率定量降水预西走廊中部，深居内陆，远离海洋，属大陆性气候干旱收稿日期：2013—02—09基金项目：国家重点基础研究发展计划“973”项目(2013CBA01

6、806)；国家自然科学基金面上项目(41371049)作者简介：廖亚一，女，硕士研究生，主要研究方向为水文水资源。E—mail：lyy9047@163．eom通讯作者：吕海深，男，教授，博士生导师，主要研究方向为水文水资源。E—mail：haishenlu@gmail．con第9期廖亚一，等：气象数据不确定性对SWAT模型径流模拟影响35区。土壤与植被方面，水热条件的垂直差异使得山区80％以上，说明研究区的雨季旱季分明，降水量年内变植被分布具有明显的垂直地带性，发育着山地森林草幅大。原，生长着呈片状和斑块状分布的山区草地、灌丛和乔表2研究区气象站各

7、气象要素基本统计特征木林。注：Cv表示离差系数。托勒及野牛沟站分别位于祁连山高寒半干旱区和河西走廊冷温带干旱区，因此两地的月平均气温均值均小于O~C。从年内变化上看，祁连的离差系数最大，图1骂落峡流域水文气象站点位置示意说明其年内气温变幅大，可能是受大陆性高寒山区气1．2数据准备候影响所致。月相对湿度的离差系数在0．14～0．18模型运行需要的输入数据包括：数字化高程模型之间，说明年内变幅较小，6～9月的相对湿度较高，平(DEM)、土地利用数据、土壤类型数据以及流域内气均可达60％以上，这可能是由于降水量增大，相对湿象要素观测数据。利用SWAT模型

8、对输入的DEM数度也相应增大。月平均风速的年内变化幅度较小，平据进行处理，将流域划分为16个子流域。本文引用黑均风速约为2