土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果

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1、第22卷第2期水科学进展Vol.22，No.22011年3月ADVANCESINWATERSCIENCEMar．，2011DOI:CNKI:32-1309/P.20110313.2236.012土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果的影响1，21，3111李润奎，朱阿兴，秦承志，陈腊娇，刘军志(1.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京100101;2.中国科学院研究生院资源与环境学院，北京100049;3.DepartmentofGeography，UniversityofWisconsin-Ma

2、dison，Madison，WI53706，USA)摘要:基于空间半分布式的SWAT模型和全分布式的WetSpaExtension模型，分析了高分辨率的SoLIM数字土壤数据和美国SSURGO传统土壤数据对流域径流空间分布式模拟和总量模拟的影响。结果显示:利用不同土壤数据得到的产水模拟结果在空间上差别明显，但模拟径流总量的差别随着模拟面积的增大而逐渐减小。根据实验结果，对于注重空间分布的模拟目的，需要较详细输入数据的支持;对于总量模拟，则可随模拟面积的增大而适当放宽对输入数据分辨率的要求。关键词:土壤数据;分布式水文模型;径流

3、模拟;综合作用;尺度中图分类号:TV121.7;S159.9文献标志码:A文章编号:1001-6791(2011)02-0168-07［1］分布式水文模型能为真实地描述和科学地揭示实际降雨径流形成机理提供有力工具，并将得到越来［2］［3］越广泛的应用。但是，模型的应用受限于水文系统的可用资料。由于详细输入数据的应用必然增加建［4-5］［6-9］模成本，因此许多学者探讨了各种输入数据的分辨率对流域模拟的影响，如DEM、土壤数据及多种［10-11］输入数据分辨率同时变化的影响。但这些研究多集中在探讨流域出口模拟总量对输入数据的响应

4、方面，关于分布式模拟结果的响应及模拟尺度的影响则较少讨论。分布式模拟和出口流量模拟对输入数据详细程度的要求应有所不同，如何针对不同模拟目标选取适当详细程度的输入数据仍是一个未解决的问题。［12］本文以土壤数据为例，采用当前广泛应用的半分布式SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型和实［13］用的空间全分布式WetSpa(WaterandEnergyTransferbetweenSoil，PlantsandAtmosphere)Extension模型，探讨空间分布模拟和总量模拟对输入土壤数据详细程度的

5、要求。1研究区及模型介绍1.1研究区概况BreweryCreek流域地处美国威斯康星州Dane县的西北部，位于43°07'N～43°11'N，89°34'W～89°40'2W，有效汇流面积约19.5km(图1)。当地年均气温7℃，年均降水量约850mm，年均降雪深度约914mm。研究区中，农业用地占52%，其中分布面积最广的用地类型是人工牧草，占30%，玉米用地占18%，混合中耕作物用地占4%。另外，落叶林地占22%，草地占16%，其余的主要为常绿林地、湿地以及居民地。土壤质地主要为粉沙壤土。1.2数据收集了模型所需的气象数据

6、、DEM、土壤数据、土地利用数据和水文观测数据。其中包括美国地质调查局(USGS)提供的10m分辨率DEM、在流域内布设的气象站(编号430900089355400)的降雨数据(降雪时收稿日期:2010-04-29;网络出版时间:2011-03-13网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20110313.2236.012.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(40971236);国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB407207);“十一五”国

7、家科技支撑计划资助项目(2007BAC15B01)作者简介:李润奎(1983－)，男，河南鲁山人，博士，主要从事GIS与流域生态模拟研究。E-mail:lirunkui@gmail.com第2期李润奎，等:土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果的影响169缺测)及位于流域出口的水文站点(USGS05406470)1993～1994年的日观测径流量;流域附近站点CharmanyFarmStation的日气温、多年气候统计数据及流域内出现降雪时对应的日降水数据;威斯康星州自然资源部(WDNR)提供的由TM数据解译的土地利用图。图1研

8、究区位置示意图Fig.1Locationofthestudyarea采用的两种土壤图分别为1∶24000比例尺的美国土壤调查地理数据库(SSURGO)和SoLIM方法获得的10m分辨率的数字土壤数据。传统制图方法框架下生产的SSURGO土壤图采用人工勾画的多边形来表示土壤2类