基于GIS的小流域分布式降雨—径流模型研究

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西北干旱半干旱地区生态环境日益恶化,要扭转或缓解这种趋势,需要进行景观生态规划.建立流域尺度的景观生态水文模式被认为是进行景观生态规划的必要条件.在所建的生态水文模式中,土壤水分是主要胁迫因子,降雨为土壤水分主要的输入,径流是土壤水分的主要输出.鉴于土壤水分是生态条件的控制因子,而径流是人为干扰下生态条件变化的最敏感反应,该文研究的重点放在定西安家沟小流域(2.88km<2>)人为活动(土地利用)对径流的影响上,以理解土地利用对土壤水分的干扰.我们理解人为活动对土壤水分的干扰,有助于在将来的景观生态规划中将其负作用降到最低和将生态恢复到最佳.在西北黄土高原,目前所研制的流域水文模型的大部分是集总式模型,即模型中没有考虑栅格之间的水流路径.该文试图利用地理信息系统的空间分析功能和数字高程模式的空间资料提取功能,来模拟定西安家沟小流域径流的时空变化.因为流域面积较小,该研究未对雨强作地形调整.坡面产流采用较为简单的SCS模型,该模型主要参数CN值(曲线数)通过小区观测资料计算获得.坡面汇流中采用运动波模型,检验表明模拟结果在允许误差范围(15%)以内.河道汇流采用马斯京根演算法.由于现有的GIS软件对建立基于过程的模型支持有限,所以该文通过编制C语言程序,采用数值计算方法获得每个时刻径流量的空间分布.我们利用1989年6月13日降雨径流资料对模拟结果的检验表明,模拟的精度可以接受.最后,我们还检验了径流输出对于每个输入参数的敏感度.结果表明,在运动波模型中,曼宁系数对流量过程线有较大影响.当曼宁系数较大时,栅格汇流时间变长,径流时间变长,洪峰时间滞后;当曼宁系数较小时,结果正好相反.在马斯京根模型中,蓄留系数K对输出很敏感.K值变化所引起流量过程线变化特征和曼宁系数相似.该文以建立安家沟小流域分布式降雨—径流模型为目标,以GIS和计算机数值模拟为技术手段,采用SCS产流模型和运动波以及马斯京根汇流模型模拟了该流域径流量的时空分.该文还考察了模型中的参数对流域产、汇流的影响,获得了一些结论,部分结论应该对发展流域尺度生态水文模型和侵蚀模型有一定的意义.
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