解析grid的流域動(dòng)態(tài)水平衡模型研究

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1、第19卷第5期干旱區(qū)資源與環(huán)境Vol.19No.52005年9月JournalofAridLandResourcesandEnvironmentSep.2005文章編號(hào):1003-7578(2005)05-073-053基于GRID的流域動(dòng)態(tài)水平衡模型研究曾維華,孫強(qiáng),楊志峰(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100875)提要:水量平衡研究是水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃與管理的基礎(chǔ)。以往的水平衡模型大多是基于流域、子流域,為了以網(wǎng)格為單元?jiǎng)討B(tài)模擬水平衡過程,在本文中利用GIS工具建立了基于GRID的涇河流域動(dòng)態(tài)水量平衡模型,該模型空間尺度為1km×1k

2、m網(wǎng)格,時(shí)間尺度為月。模型的率定是利用涇河流域馬蓮河把口水文站的1995至1997年逐月實(shí)測徑流數(shù)據(jù),由此獲取了模型的主要參數(shù)。模型率定結(jié)果表明模擬徑流曲線與實(shí)測徑流曲線的變化趨勢基本吻合,3模擬值和監(jiān)測值的中值絕對(duì)誤差為6.72m/s,相關(guān)系數(shù)為0.932。最后,將所建模型用于涇河流域逐月逐網(wǎng)格的降水、蒸發(fā)、土壤蓄水與地下蓄水,以及形成的徑流總量的動(dòng)態(tài)模擬。模擬結(jié)果表明涇河流域的徑流量主要集中在流域南部與中部,流域北部徑流相對(duì)較低,這與流域降水分布關(guān)系密切。涇河流域的土壤蓄水與地下蓄水量的分布類似,且與徑流有一定相關(guān)性。該模型模擬精度較高,基本可以滿足水資源

3、評(píng)價(jià)、規(guī)劃與管理的要求。關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)水平衡;GIS;涇河流域;GRID中圖分類號(hào):TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A[1]自1969年Freeze和Harlan提出流域水文模型概念之后,歐洲學(xué)者于1976年研制出SHE模[2]型,該模型綜合考慮了蒸散發(fā)、植物截留、坡面和河網(wǎng)匯流,土壤非飽和與飽和狀態(tài)流,融雪徑流,地表和[3][4]地下水交換等水文過程。近年來,流域水文模型得到飛速發(fā)展,國內(nèi)最著名的流域水文模型應(yīng)屬河海[5]大學(xué)開發(fā)的新安江模型;此外,還有學(xué)者將流域水文模型應(yīng)用于對(duì)黃河流域產(chǎn)匯流研究與水循環(huán)模[6][7]擬,取得很大進(jìn)展。隨著GIS在水文模擬中的廣泛應(yīng)

4、用,基于GIS的流域水文模型得到飛速發(fā)展。GIS可以為流域水文模型提供詳盡的背景環(huán)境描述,利用GIS工具能夠準(zhǔn)確的內(nèi)插得到空間參數(shù),對(duì)于模擬中尺度和大尺度流[8]域的水文過程提供巨大支持。郭生練等建立基于DEM分布式水文物理模型,用數(shù)學(xué)物理方程詳細(xì)描述了植物截留,蒸散發(fā),融雪,下滲,地表地下徑流和洪水演進(jìn)等水文過程;并以美國緬因州的BBMW流域[9]為研究對(duì)象,模擬該流域的降雨時(shí)空變化過程,進(jìn)行洪水預(yù)報(bào),取得理想的結(jié)果。同傳統(tǒng)的水文模擬模型相比,基于GIS的水文模型,把DEM作為一個(gè)基本的信息來源,再配以遙感資料作為研究對(duì)象,很大程度上改變了水文模擬中資料多,

5、難以獲得的問題。然而,目前基于GIS流域水文模型大多有很多參數(shù)需要率定,需要進(jìn)行大量實(shí)地調(diào)查與監(jiān)測,其費(fèi)用可想而知。實(shí)際上,很多大尺度的流域水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃,不需要非常細(xì)致的流域水文模擬。本文利用[10]MantoudiK.等提出的簡單的基于GRID的逐月水平衡模擬模型,經(jīng)過適當(dāng)?shù)男拚?建立了涇河流域逐月水量平衡模擬模型。該模型需要輸入的有降水與溫度,通過一個(gè)由描述降水、土壤水與地下水的假想蓄水池組成的相互連接的系統(tǒng),按GRID模擬水文循環(huán)過程。由于該模型的分布特征,該模型可計(jì)算輸出變量的空間分布;進(jìn)一步,可生成沿河逐月徑流;最后,利用流域把口水文站的徑流實(shí)測

6、值對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定,水文監(jiān)測站的觀測值與計(jì)算值的比較(標(biāo)定與驗(yàn)證)結(jié)果表明該模型能夠很好地模擬涇河流域水文過程。3收稿日期:2005-03-06?；痦?xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(70273005),國家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(2003AA601010)。作者簡介:曾維華(1965-),男,博士,副教授,zengwh@bnu.edu.cn,8610-58800486。?1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·74·干旱區(qū)資源與環(huán)

7、境第19卷其模擬結(jié)果基本可以滿足流域水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃與管理工作。1基于GRID的流域逐月水量平衡模型基于GRID的流域逐月水量平衡模型通過一個(gè)由描述雪累積、土壤水與地下水的假想蓄水池組成的相互連接的系統(tǒng),模擬水資源的轉(zhuǎn)化過程,計(jì)算出流域逐月徑流量,并以流域把口水文站的徑流監(jiān)測值對(duì)模型進(jìn)行校驗(yàn)。該模型是基于網(wǎng)格(GRID)的,將流域劃分為若干的網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)水文單元,根據(jù)模型對(duì)每一個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行模擬,計(jì)算出每個(gè)網(wǎng)格逐月的凈徑流量,將各網(wǎng)格的凈徑流量匯總即為各流域出口的徑流量。應(yīng)用此水平衡模型來對(duì)涇河流域進(jìn)行模擬,需要對(duì)其做一定的修正和調(diào)整:1)由于地理?xiàng)l件限

8、制,涇河流域幾乎沒有降雪,也沒有積雪蓄