建立基于rs和gis的大尺度水文模型

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1、建立基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统刘志雨1林朝辉2谢正辉2（1水利部水文局2中国科学院大气物理所）【摘要】我国水问题主要表现为水资源短缺、洪涝灾害、水土流失和水环境恶化等。在水资源方面，我国水资源时空分布不均，人均占有量偏少，利用效率低。近年来，我国北方大部分地区连续干旱，黄河、海河等流域缺水严重，特别是华北地区，出现了较为严重的缺水局面，给工农业生产和人民生活造成很大影响。因此，对严重的旱涝灾害趋势尽早地做出预测，则可预测出水资源近期的变化情景，就可提早对水资源进行合理的调控，从而大大减轻严重气候灾害所造成的国民经济和人民生命财产的损失。笔者根据

2、遥感(RS)和地理信息系统（GIS）等高新技术在水文、水资源和环境中应用的研究成果，提出了建立基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统的基本思路和根据，并建议应抓住机遇，积极开展此项生产性研究工作。【关键词】大尺度;改进的VIC水文模型;GIS;径流模拟1.问题的提出我国地处东亚季风区，大范围的旱涝等气候灾害频繁发生。在水资源方面，近年来我国北方大部分地区连续干旱，黄河、海河流域等缺水严重，特别是华北地区，人均水资源仅300～400m3，出现了较为严重的缺水局面，给工农业生产和人民生活造成很大影响。因此，对严重的旱涝灾害趋势尽早地（提前一个季度或者一年）做出

3、预测，则可预测出水资源近期的变化情景，就可提早对水资源进行合理的调控（如春季上游水库的蓄水、放水，跨流域的调水等措施），从而大大减轻严重气候灾害所造成的国民经济和人民生命财产的损失。水情部门作为防汛、抗旱的耳目和参谋，必须紧密结合水资源管理的各项任务，开展水资源的预测预报及调度分析工作，特别是加强对非汛期（即通常所说的“枯季”）中长期径流预测预报，为水资源的合理配置和水量调度服务。154径流来源主要是滞留于流域内的土壤蓄水量、地下水和降水量。目前，中长期径流预报主要是为了改善水资源的合理利用而提供的区域性河流径流和水库来水量的枯季径流预测服务，采用的方法大多为数学统

4、计模型和概念性水文模型，不能很好地模拟气象要素（如降雨、蒸散发）的时空变化和流域下垫面条件（如地形、地貌、植被和土壤等）非均匀性。笔者根据遥感(RS)和地理信息系统（GIS）等高新技术在水文、水资源和环境中应用的研究成果，提出建立基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统，即将当前土壤含水量、短期气候预测成果（一个季度或者一年）以及当前预报的气象信息输入具有物理基础的分布式大尺度水文模型中，生成模拟全国各流域主要产流区径流时间序列。根据径流中长期预报的各流域主要江河来水情况，并结合流域内水库蓄水、地下水埋深和用水需求情况，分析水资源供需关系，为水资源的合理配置

5、和水量调度提供科学的依据。2.基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统在拟建立的全国径流模拟系统中，短期气候预测模型和大尺度水文模型是核心，GIS平台和模型系统是实现手段。利用RS技术能较准确地提供流域地质、地形、地貌、植被、土地利用、土壤类型、河流水系等许多下垫面条件的信息。GIS主要是为分布式水文模型、水文气象耦合模型和更有效地利用与管理各种空间分布数据提供工具。GIS数据平台既是模型系统运转的数据输入基础，也是模型系统输出结果的可视化表达环境。短期气候模型可为天气系统的模拟、监测和预测提供气候、气象资料，预报产品不但包括降水，而且还包括温度，同时还可以

6、给出大尺度背景场、大气中水汽含量、风场、水汽输送等。根据气候模型的预报产品，结合下垫面的植被覆盖情况，可计算全国范围的中长期蒸散发能力时空分布过程，从而输入到水文模型中。径流模拟系统中的大尺度水文模型建立在数字高程模型（DEM）基础之上，通过DEM可以提取大量的陆地表面形态信息，这些信息包含流域格网单元的坡度、坡向以及单元间的关系等，同时可以结合实际的河流水系确定地表水路径、河流网络和流域的边界。在DEM所划分的流域网格单元上建立水文模型，模拟流域单元内土壤－植被－大气系统中水的运动，并考虑单元网格之间水平方向的联系，进行地表水和地下水的演算。径流模拟系统中的GIS

7、平台具体可实现如下一些功能：（1）RS/GIS及水文气象数据管理，如DEM、土地利用图、水文气象站点属性、水文气象数据等；（2）水文循环要素信息提取，如流域边界、河网、坡度坡向、水流方向、网格划分、土地利用类型、土壤类型等；（3）模拟计算结果的可视化表达，如模拟结果中月径流的空间分布。基于RS和GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统结构如图1所示。154图1基于GIS的大尺度水文模型全国径流模拟系统框图3.可行性分析3.1短期气候预测作为国际上最早开展数值气候预测的单位之一，中国科学院大气物理研究所早在1988年就率先利用气候系统模式开展跨季度数值气候预测，随后