分布式流域水文模型WEP_L参数区域规律研究

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在全球变化和气候问题日益凸显的背景下,水文过程的描述和模拟成为热点研究问题。分布式水文模型方程基于物理机制,参数具有物理意义,能真实地描述流域水文循环,并且为科学地揭示降雨径流形成机理提供依据。分布式水文模型的应用广泛,包括水资源开发利用、防洪减灾、面源污染、水库调度及人类活动的流域响应等多个方面。分布式水文模型参数反映了流域下垫面的特性,然而由于多方面的原因,在实际应用过程中大多借助实测的水文资料来进行率定,这就使得模型参数失去了其物理意义,模型在模拟和应用方面的效果也受到影响。此外,分布式模型参数的空间变异性、不确定性及尺度问题等都对其测定和估计带来了困难。因此,构建全国统一的参数化方案,对于进一步增强模型的普适性、预测性和移用性是非常必要的。科学、准确、合理的水文模型的参数化方案对于构建全国水文循环模型、推动大尺度流域水循环模型的发展及应用拓展进而厘清我国水资源量和承载能力都具有重要现实意义。本文依托“中国水循环通量解析及其演进研究(国家重点研发计划)”,针对分布式水文模型的参数化方案问题,以全国为研究对象,遥感技术与经验方法并用,对全国水文参数进行了推求和分析,主要研究内容和成果如下:(1)本文调研和分析了各类分布式水文模型及水循环过程各个水文环节涉及的参数,总结了当前典型水文模型的参数及其确定方法。(2)本研究以分布式水文模型WEP_L模型的应用为目标,基于遥感技术,构建了一套全国的分布式流域水文模型参数初值方案。其中,根据全国下垫面及参数的特点确定参数分区,是参数化方案研究的重要环节。在汲取前人经验的基础上,创造性地提出了以气候分区嵌套水资源三级区的全国的参数区划方法,为分布式水文模型参数化方案提供新思路。(3)本文研究的全国植被参数叶面积指数LAI,在全国310个参数分区内的取值范围为:-1~6.2。时间上:1月~8月全国LAI逐渐增大,8月~12月LAI逐渐减小;空间上:南方地区和东部地区的LAI值较高,西北地区的LAI值较低。全国植被盖度FVC,在全国310个参数分区内的取值范围为:0~0.999。时间上:年内差异比较明显,全国植被长势最好的月份为8月,植被长势最差的月份为3月。空间上,全国的FVC大体上呈现由东南向西北逐渐降低的态势。全国坡面汇流Manning糙率系数,在所有的参数分区内的取值范围为0.01~0.3。南方地区比北方地区取值普遍偏高。全国饱和土壤含水率的取值范围为37.25%~47.01%,且南方地区和东北地区的饱和含水率取值较高,而西北大部分地区的饱和含水率取值偏低。全国田间持水率的取值范围为60.46%~74.64%之间,南方地区、东北地区田间持水率取值较高,西北地区的田间持水率取值较低。(4)根据本次参数化方案研究中获得的经验与心得体会,参考前人的研究结果,整理了遥感技术在分布式水文模型模拟应用的具体方法,以期为分布式水文模型参数化方案及分布式水文模型的构建提供更多的思路与途径。(5)选取横断山区为模拟区域,用WEP_L模型对本文的参数化方案进行检验。根据直门达、奔子栏、洼里和小得石的模拟结果来看,Nash系数均达到了0.7以上,误差均在10%以内。这说明,本文的参数化方案具有科学性和合理性。
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