黑河流域上中游地区分布式水文模型的开发及应用

《黑河流域上中游地区分布式水文模型的开发及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、黑河流域上中游地区分布式水文模型的开发及应用基金项目：国家“十五”科技攻关重大项目（2001BA610A-02）贾仰文王浩王建华严登华秦大庸中国水利水电科学研究院，北京，100044摘要：本文从水循环的物理机制着手，以现代地理信息技术为数据处理平台，开发了黑河流域上中游地区分布式水文模型，并进行了验证。首先在描述模型结构的基础上，从水循环过程和能量循环过程2个方面对模型各要素过程的模拟方法进行了阐述，其中水循环过程包括积雪融雪、蒸发蒸腾、入渗与径流、地下水运动、地下水流出和地下水溢出、坡面汇流与河道汇流以及人工侧支循环等要素过程。在获取各类输入参数后，采用1k

2、m网格、以日为时间步长对黑河流域上中游地区（36728个网格单元）进行了1981～2002年逐日模拟计算和验证。结果表明，所建立的分布式模型对月径流过程和日平均流量过程均具有较高模拟精度，校正期前后两个验证期均得到良好验证。最后，应用所建立的分布式水文模型，给出了黑河上中游流域的水收支及水循环要素的时空变异分析结果。关键词：黑河流域水循环系统分布式水文模型WEP模型开发模型验证1前言黑河流域20世纪60年代以来（尤其是20世纪80年代以来）进入下游的水量逐渐减少，尾闾河湖干涸、林木死亡、草场退化、沙尘暴肆虐，造成严重的生态与环境问题。黑河流域生态系统恶化问题的

3、本质是人类的剧烈活动破坏了水的自然循环系统，因此急需合理配置和调度有限的水资源、促进人与生态和谐相处。为此，国家采取了多种措施加强黑河流域水资源的调配和管理，如水利部1999年设立了黄河水利委员会黑河流域管理局，国务院2001年制定了黑河干流水量分配方案等。研究黑河流域的水循环机理及其演变规律，是水资源配置、评价和调度的基础和实际需要。国内学者曾对黑河流域水循环规律[1,2,3]进行了有益探索。康尔泗[1]等根据HBV水文模型的基本原理，将上游山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区产汇流过程进行模拟计算，建立了黑河出山月径流概念性水

4、文模型，并进行了径流预报研究。夏军[2]等根据流域降雨加长径流非线性系统理论与概念性模拟方法，提出了分布式时变增益模型(DTVGM)并应用到黑河上游流域。黄清华[3]等在对SWAT分布式水文模型改进的基础上，将黑河干流上游流域划分成157个水文响应单元(HRU)，对出山径流进行了模拟。尽管这些研究等均取得了较好的研究成果，但由于采用的是概念性模型或是采用的时间与空间步长过长，对流域水循环及其伴随过程的物理机制未能做出细致描述，尚不能深入剖析降雨时空分布、地形、下垫面、土壤、地质和用水等要素在黑河流域水循环中所起的作用，难以预测未来下垫面变化和人类活动对水资源演

5、变规律的影响。本文从流域水循环的物理机制着手，在WEP模型的基础上[4,5]，加入积雪融雪计算模块，进一步剖析人工侧支循环，以现代地理信息技术为关键数据处理平台，开发了黑河流域上中游地区水循环系统的分布式模拟模型WEP-HeiHe，并对模型进行了验证和应用。2模型结构16模型的空间计算单元是正方形或长方形网格。各网格单元在铅直方向，从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。为考虑网格内土地利用的不均匀性，采用了

6、“马赛克”法，即把网格内的土地归成数类，分别计算各类土地类型的地表面水热通量，取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。土地利用首先分为水域、裸地－植被域、不透水域三大类。裸地－植被域又分为裸地、草地与耕地、林地3类；不透水域分为地表面与都市建筑物。另外，为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水，将裸地－植被域的表层土壤划分成3层。为追迹计算坡面径流，根据流域数字高程（DEM）及数字化实际河道等，设定网格单元的汇流方向。然后，采用1维运动波法，将坡面径流沿着汇流方向由流域的最上游端追迹计算至最下游端。各支流及干流的河

7、道汇流计算，根据有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。地下水流动采用多层模型进行数值解析，并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换[4]。　　3　各要素过程模拟　　3.1水循环过程模拟3.1.1积雪融雪过程尽管“能量平衡法”对积雪融雪过程的描述提供了很好的物理基础，但由于求解能量平衡方程所需参数及数据较多，因此在实践中常用简单实用的“温度指标法”（或称“度日因子法”）[1]来模拟积雪融雪日或月变化过程。本研究中采用了“温度指标法”。3.1.2蒸发蒸腾网格单元的平均蒸发蒸腾量由水域、裸地－植被域、不透水域的蒸发量或蒸发蒸腾的面积平

8、均算出。水域蒸发、植被截留蒸发、植被蒸