基于互补相关原理的实际蒸散发模型估算能力评价

基于洵河流域1961~1986年的逐日气象资料和同期径流量资料,采用基于互补相关原理的实际蒸散发模型（AA模型、GG模型、CRAE模型）分别估算该流域的逐日实际蒸散发量。根据水量平衡法的实际蒸散发计算结果对三种模型的原始参数进行调整,并在不同的时间尺度上对三种模型进行了比较,评估了三种实际蒸散发模型的估算能力。结果表明,采用三种模型的原始参数计算出的实际蒸散发量误差较大;调整原始参数后,各模型对年实际蒸散发量的计算精度大为提高,逐月的估算效果也有不同程度改善;参数调整后的AA模型与GG模型的模拟结果相近,优于CRAE模型的模拟效果;年、月尺度的模型模拟效果综合分析表明GG模型在洵河流域的估算效果相对最佳。     

基于HBV模型的实际蒸散发估算模型评估

为了更准确地评估三种基于蒸发互补相关原理的实际蒸散发计算模型(AA模型、GG模型、CRAE模型)对实际蒸散发的估算能力,首先根据北江流域1964~1987年间的逐日气象资料和同期径流量数据,采用HBV模型模拟得到逐日实际蒸散发量,再利用三种模型分别估算该流域的逐日实际蒸散发量,并对计算结果进行初步分析比较,而后以HBV模型计算结果为标准进行原始参数的率定,最后在不同的时间尺度上对三种模型的实际蒸散发计算结果进行对比评价。结果表明,三种模型利用原始参数进行模拟的计算结果误差较大;模型参数经率定后,各模型的模拟精度在年、月尺度上均得到提高:以HBV模型模拟得到的实际蒸散发量为标准,计算所得年极差的变化情况分别为AA模型由274mm减至-0.1mm;GG模型由-84.5mm减至0.3mm;CRAE模型由-91.1mm减至0.3mm;AA模型与GG模型的模拟结果相似,在冬季均呈现出模拟结果偏大的现象。通过分析年、月尺度上的结果可知,在北江流域,三种模型中AA模型对实际蒸散发量的估算能力最佳。     

变化环境下可能最大洪水计算研究

气候变化与下垫面变化前提下,多因素共同影响明显增加了流域可能最大洪水(PMF)估算难度。为此,提出一种集气候模式结果后处理、气候变化情景下相应可能最大暴雨(PMP)估算及土地利用/覆被变化方案设定、基流/前期影响雨量影响分析、基于相似性的PMP时空展布于一体的PMF计算模式,将其应用于怒江上游。结果表明,基流/前期影响雨量及暴雨时空分布不确定性是影响流域PMF的重要因素,气候与下垫面变化双重驱动对于PMF影响较大,且变幅随着变化程度增强而增大。     

土地利用与气候变化对洛河流域径流的影响

流域径流量受到土地利用和气候变化的共同影响,但大多数研究仅关注未来气候变化对径流量的影响,忽略了未来土地利用变化对径流量的影响。利用CA-Markov模型定量模拟流域未来土地利用类型并结合气候变化类型,采用SWAT分布式水文模型通过情景分析法模拟未来变化环境下流域的径流响应。结果表明,SWAT模型在洛河流域具有良好的适用性;未来流域土地利用呈现建设用地快速增加、耕地减少的趋势,这一趋势使径流量增加;径流量的变化与降雨变化呈正相关,与温度变化呈负相关。可见土地利用和气候变化对径流的影响呈现非线性协同作用。     

气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响分析

为进一步了解气候变化与人类活动对湘江流域径流变化的影响,将湘江流域划分为上游、中游、下游三个汇流区间,采用Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法等数理统计法揭示了湘江流域上游、中游、下游径流与气象因素在1961~2013年之间的演变规律,利用弹性系数法定量分析了气候变化与人类活动对湘江流域径流量变化的影响。结果表明,湘江流域径流与降水变化趋势不明显,潜在蒸散发呈下降趋势,径流变化具有较明显的阶段性;湘江流域气候变化与人类活动均起着增加径流的作用,人类活动对上游与中游的影响较大,下游则是以气候变化的影响为主。     

基于SEBAL模型的老哈河流域蒸散发研究

针对传统的蒸散发计算方法存在的不足,采用基于地表热量平衡的SEBAL模型,利用1 km分辨率的MODIS影像数据估算了位于半干旱地区的老哈河流域的实际蒸散发量及其时空分布特征,并综合分析了蒸散发量与土地利用、土地覆被、地表温度、植被指数、高程、坡度的关系.结果表明,该流域蒸散发时空分布不均匀,且实际蒸散发与地表温度呈指数相关,与归一化植被指数和高程等参数呈线性相关.该方法可为国内半干旱地区的实际蒸散发研究提供参考.     

山西介休市实际蒸散发模拟及变化特征分析

为准确评价中小城市实际蒸散发(ET),采用物理机制明确的分布式时变增益水文模型(DTVGM)对介休市蒸散发进行模拟,以MOD16A2遥感产品验证分析蒸散发时空分布特征,并探讨了土地利用变化对蒸散发的影响。结果表明,DTVGM在研究区具有良好的适用性,总体模拟效果满足精度要求;介休市多年平均蒸散发量为375.4mm;年内呈现先增大后减小的单峰型分布趋势,主要集中在5～9月,蒸散发量最小和最大月值分别为14.0、71.7mm;多年平均蒸散发量具有较强的空间分异性,呈东南高西北低的变化趋势,不同季节蒸散发量的空间分布差异明显;不同土地利用类型蒸散发,林地草地耕地城乡、工矿、居民用地;同一乡镇,不同土地利用类型对蒸散发的影响有差别;同一土地利用类型在不同乡镇的蒸散发也有差异。     

六种基于能量的潜在蒸散发估算方法在海河流域的适用性

潜在蒸散发是一个综合性气候因子,是流域水文循环模拟的主要输出量。针对现存潜在蒸散发量估算方法的适用性分析不够全面的问题,基于海河流域45个国家气象台站1960~2010年日气象数据序列,以Penman-Monteith方法估算量和蒸发皿蒸发量为基准,从潜在蒸散发估算量与蒸发皿蒸发量的相关性、年均值空间变化特征、年内四季空间变化特征和年际变化趋势四个方面,探讨了六种基于能量的潜在蒸散发估算方法的适用性。结果表明,Penman-Monteith方法在整个流域具有较强的适用性;六种基于能量方法中,Doorenbos-Pruitt方法、Makkink方法、Hargreaves方法估算效果较好。     

基于SWAT模型的挠力河流域土地利用变化的水文响应分析

为研究挠力河流域土地利用变化下的水文要素变化特征,建立了适用于挠力河流域的SWAT模型,并基于该流域2000 ～2010年土地利用变化趋势,以2010年土地利用为参照组,设置三种土地利用情景,分析不同土地利用情景下水文要素的变化规律。结果表明,土地利用变化引起流域内径流量、蒸散发量和水源涵养量的相应变化,与耕地相比,草地、林地和湿地对流域的水量调节和涵养作用明显,将耕地转化为这三种土地利用类型对生态系统良性发展有利。     

基于Budyko假设的乌伦古河源区径流变化特征及归因识别

揭示流域径流演变特征及定量识别驱动因素贡献率对流域水资源适应性管理和水安全保障至关重要。基于乌伦古河源区二台水文站1960～2015年实测逐月径流序列及同期气象和人类水土资源开发利用影像数据，采用滑动移除小波分析法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等方法分析水文气象要素序列演变趋势及突变特征，基于Budyko假设的弹性系数法定量识别气候变化与人类活动对研究区径流变化的贡献率。结果表明，乌伦古河源区径流序列呈不显著上升趋势，降水序列呈显著上升趋势，潜在蒸散发序列呈显著下降趋势；径流序列于1995年发生突变，相较于基准期1960～1994年，变化期1995～2015年径流对降水、潜在蒸散发及下垫面特征参数的敏感性系数分别增加了8.8%、25.0%、7.8%;降水与潜在蒸散发、下垫面特征参数变化对径流变化的贡献率分别为39.2%、7.0%、53.8%,研究区径流变化由人类活动与气候要素共同驱动，人类活动为主要驱动因素。     

西南河流源区归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对西南河流源区植被生态系统的影响,基于1982~2012年GIMMS NDVI(归一化植被指数)第三代数据及降雨、温度、潜在蒸散发等气象数据,运用趋势分析法和相关分析法,探讨归一化植被指数时空动态变化及其与气候因子的关系。结果表明,1982~2012年间,西南河流源区归一化植被指数总体呈不显著增加趋势,但存在显著的空间差异性,归一化植被指数增加的区域占研究区总面积的66.72%,归一化植被指数减少的区域占33.28%;研究区植被覆盖动态变化在流域尺度上呈显著的空间差异性;温度是影响西南河流源区归一化植被指数变化的最主要因素,降雨次之,潜在蒸散发和日照时数的影响较小。     

北京清水河流域水循环垂直地带性研究

为明确山区地形及下垫面对水循环过程的影响,以北京市清水河流域为例,采用分布式水文模型WEP-L对清水河流域水文过程进行模拟,在模型验证效果较好的基础上,利用模型计算结果分析清水河流域不同海拔和下垫面的水循环要素通量变化情况。结果表明,降水和入渗量随海拔的升高而增加,蒸散发量和径流深则随海拔的升高而减少;山区水文过程呈现出在海拔较高处降水形成大量入渗,但主要在海拔较低处形成径流;不同下垫面情况的蒸散发量和径流深呈现出常绿针叶灌木林落叶阔叶林草甸,而入渗量则表现为草甸落叶阔叶林常绿针叶灌木林;海拔的差异对水循环要素的影响较下垫面对水循环要素的影响更大。该结果对于山区水循环过程的深入理解和植被生态建设具有重要意义。     

小清河干流近60年径流变化归因分析

为分析小清河径流变化规律,基于1965～2018年的降水和径流量数据,分析其变化趋势及突变点,并采用Budyko假设与弹性系数相结合的方法,定量识别了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1965～2018年小清河降水量呈微弱增加趋势,而径流量呈显著增加趋势;突变点分析发现年径流量在1994、2003年发生突变,因此将1965～1994年作为基准期,以1995～2003、2004～2018年分别作为变化期Ⅰ、Ⅱ;基于Budyko水热耦合平衡方程发现变化期Ⅰ径流增加的主要原因是下垫面条件和降水的改变,贡献率分别为64.74%、21.83%,潜在蒸散发的贡献率为13.43%;变化期Ⅱ径流增加的首要原因是下垫面条件的改变,占59.57%,其次是降水和潜在蒸散发,分别为23.83%、16.60%。因此,小清河岔河径流变化是人类活动和气候变化共同作用的结果,其中人类活动引起的下垫面条件变化为主导因素,其次为降水影响。     

基于VIC模型的淮河中上游地区水量空间分布研究

研究淮河流域的水文循环过程及水量空间分布对合理开发利用水资源具有重要意义,采用VIC模型对淮河中上游地区各种水量要素(降水、蒸散发、地表径流、地下径流、植被截留水量、土壤含水率、截留水蒸发、植物散发、裸地及水面蒸发、降雪日的积雪深、积雪覆盖面积比等)的空间分布进行模拟。结果表明,模型反映的水量分布与实际的流域下垫面物理机制相符。流域的沙壤土和壤土地区的蒸散发量较大,而地表径流量较小。在有大面积水体或水库的区域,蒸散发量、植被截留水量很小,而地下径流量、深层土壤含水率较大。降雪日中流域的西北部更容易形成较大的积雪深。     

基于遥感数据源的大凌河分布式水沙耦合模型的构建与运用

以大凌河大城子水文站以上流域为例,将改进的垂向混合产流模型和改进的通用土壤侵蚀方程进行耦合,基于流域数字高程、土地利用及土壤类型分布等遥感数据,构建了基于水文模型的大凌河流域分布式水沙耦合模型,运用大城子水文站2001~2010年水文资料对模型参数进行率定和校验,并基于土壤侵蚀空间模拟结果,设定三种土地利用模式情景定量分析土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明,基于遥感数据源的分布式水沙耦合模型适合于大凌河流域的水土流失模拟,在率定期和验证期模拟的年含沙量相对误差均在20%以内,确定性系数都在0.5以上,可满足泥沙模拟的精度要求;三种土地利用模式情景中旱地面积增加10.0%,土壤侵蚀模数增加12.9%,林地和草地面积增加10.0%,流域土壤侵蚀模数分别减少14.63%和6.78%,为流域水沙耦合模拟和水土流失预测和防治提供了参考。     

Thornthwaite经验公式在降雨径流模拟中的适用性研究

利用增加时间步长离散化处理后的Thornthwaite经验公式在新安江-海河模型结构上增加流域蒸散发能力计算模块,代替原模型中实测蒸发数据的输入;并对气象数据进行插值处理,将蒸发输入由集总式变为分布式。以子牙河平原区献县流域为例,分别利用改进前后的新安江-海河模型进行日径流模拟。结果表明,基于温度的Thornthwaite经验公式能够代替实测蒸发数据有效地进行日径流模拟,减少了对实测资料的依赖,为半湿润半干旱流域适合于降雨径流模拟的蒸散发计算提供了一种简便的计算方法。     

赣江上游土地覆被变化的水文响应研究

针对土地利用/覆被变化对流域水文循环产生重要影响的问题,以赣江上游峡山水文站以上集水区域为例,基于1978～1987年相关资料,采用极端土地覆被法构建4种未来土地覆被情景,运用陆面水文模型Noah-LSM模拟各土地覆被情景下流域水文要素(蒸散发、径流)的变化情势。     

基于MODIS的SEBAL模型在流域蒸散发反演中的应用

地表蒸散发是地气水分循环过程中的重要环节,合理准确地估算蒸散发对了解大尺度流域内水分循环和能量平衡具有重要意义。以汉江上游为例,利用MODIS遥感数据,选用马里兰大学UMD分类机制对2001年土地覆盖进行分类,并采用基于地表能量平衡原理的SEBAL模型对日蒸散发进行估算和分析。结果表明,林地的平均日蒸散发量最大,草地、耕地次之。     

贵州省岩溶地区年径流系数受下垫面影响的分析

为研究岩溶地区年径流系数受特殊地貌、地质条件的影响程度,利用贵州省境内23个岩溶流域1961~2000年的径流资料和气象资料,采用Budyko方程拟合表征流域下垫面特征的参数值,并通过Mann-Kendall方法与相关分析,分析年径流系数变化趋势及其与流域下垫面特征的关系。结果表明,贵州省多年平均径流系数的空间分布与流域坡度呈正相关,与碳酸盐岩所占比例呈负相关;1961~2000年年径流系数呈增大趋势,与下垫面特征参数变化趋势一致,可见相对于气候变化,下垫面变化是影响贵州省年径流系数变化的主要因素。     

基于温度和空气动力学的海河流域潜在蒸散发量估算方法的适用性

针对潜在蒸散发量估算方法众多但缺乏统一评价的问题,基于海河流域46个国家气象站点1960~2010年日气象数据序列,以Penman-Monteith方法估算量和蒸发皿蒸发量为基准,从估算量与蒸发皿蒸发量的相关性、年均值空间变化特征、年内四季空间变化特征和年际变化趋势四个方面,开展六种基于温度和空气动力学的潜在蒸散发量估算方法及Penman-Monteith法在海河流域的适用性讨论。结果表明,PenmanMonteith方法在整个流域适用性较强;六种基于温度和空气动力学的方法中,Kaharrafa方法和Blaney-Criddle方法在多年均值和年际变化趋势上估算效果较好,但在年内四季分布上却不太好,Penman和Rower方法在多年均值和年内四季分布方面适用性较强,但估算的年际变化趋势与蒸发皿蒸发量不一致。由于各方法考虑的气象因子及各因子对估算量的影响程度不同,基于温度和空气动力学方法仅考虑单一气象要素,只能反映某一方面的变化。