基于卫星遥感降水产品的汉江源区径流模拟

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降水变化影响流域水循环及水量平衡,并引发一系列水资源和水环境问题。分布式水文模型能够较好的模拟流域水文过程,结合卫星遥感反演的降水数据能实现无观测降水资料地区的水文模拟,为地区水资源管理和调控提供科学依据。本研究以秦岭南麓汉江源流域为研究区,采用Budyko水热平衡方程的弹性系数法和SWAT模型量化人类活动和气候变化对径流演变的影响,辨析研究区径流演变的主导因素,基于雨量站观测资料和ASCAT-SM2卫星遥感数据反演的SM2RAIN-ASCAT降水产品驱动汉江源区的SWAT模型,系统评估该遥感降水产品在水文模型模拟中的应用能力及在流域径流模拟中的精度,以期为无观测资料地区水文研究提供更为可靠的数据基础。其主要结论如下:(1)采用线性趋势分析法、Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt突变检验法等方法分析秦岭南麓汉江源区1960-2018年的径流变化趋势及其突变特征,结果表明:汉江源区年均径流量近60年呈递减趋势(P>0.05),年径流深以每10年1.40mm的速率递减。年均径流量于1990年发生突变,与径流-降水的累积距平曲线结果一致,突变前后年均径流量减少了131.03mm。根据突变点分析结果,本文以1990年划分径流变化的基准期(1960-1990年)和变化期(1991-2018年);汉江源区干旱指数为0.79<1,表明流域气候较湿润,降水向径流转化的比例较高;采用弹性系数法进行了汉江源区径流对降水变化、潜在蒸散发和人类活动影响的敏感性分析,发现降水、潜在蒸散发、下垫面特征对径流减少贡献分别为71.71%、-8.04%、36.33%。由此可见,气候变化对汉江源区径流减少的贡献大于人类活动,其中降水变化贡献最大。(2)构建汉江源区的SWAT水文模型,采用武侯镇水文站2007-2018年的年、月径流量对模型参数进行了率定和验证。确定了适合该流域的SWAT模型敏感参数。模拟结果表明:SWAT模型能够满足汉江源区径流变化的评价和分析精度要求,Nash系数NS和确定系数均超过0.7,满足水文模型径流模拟的精度要求。(3)评价卫星遥感降水数据反演的SM2RAIN-ASCAT降水产品的精度发现SM2RAIN-ASCAT遥感降水产品总体对单点降水事件的捕捉不够准确,对强降水的估计较差,与实测日降水的相关系数r均低于0.48,与实测月降水一致性较好,r高于0.65;基于卫星遥感数据ASCAT反演的SM2RAIN-ASCAT降水产品驱动汉江源区SWAT模型,模拟武侯镇水文站2007-2018逐年、月径流量,R~2和Nash系数分别为0.77、0.76和0.66、0.62,达到了模型评价标准。综上证明了在汉江源区SM2RAIN-ASCAT遥感降水产品对实际降水的估计可靠有效,并且可用于SWAT水文模型进行径流模拟。
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