基于VIC模型的高寒山区融雪径流模拟

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因高寒山区特殊的地理位置与地形条件,水文气象监测站点稀少,使得实测数据代表性较差。为合理研究此类区域的水文规律,提高融雪径流模拟精度,更好地指导高寒山区融雪径流模拟在洪水预报等方面的工作,本文以天山西部山区的喀什河流域为研究区,对CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)降水数据在该区域的适用性进行了分析与研究,并对CFSR降水数据的订正方法进行了初步的探讨;通过构建VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,分析了模型在该研究区的应用效果;最后,通过气候情景假定,分析了不同气候情景下径流的变化情况。通过对10号CFSR站点和乌拉斯台站点降水时间序列成分的识别,得到各降水时间序列的周期成分与非周期成分一致,但在量值上存在一定的差距,需要合理的订正方能投入相关应用。基于VIC模型,单从水量平衡模式的月径流模拟情况出发,探讨了三种不同降水订正方法订正后的CFSR降水数据在天山西部山区的适用性后得到,做实测站最近的CFSR站与其他CFSR站月降水序列的相关关系,并将此相关关系视作降水订正系数,进而利用此订正系数订正实测代表站中降水数据得到对应各CFSR站的降水数据的订正方法最为适用于此地区。基于最优CFSR降水数据的订正方法,借助VIC模型对喀什河流域的径流过程和水文参数进行模拟,得到日时间尺度下能量平衡模式在率定期与验证期的模型效率系数和多年径流相对误差分别为0.69、3.3%和0.72、5.9%,月时间尺度下分别为0.86、3.3%和0.88、5.9%;日时间尺度下水量平衡模式在率定期与验证期的模型效率系数和多年径流相对误差分别为0.64、3.3%和0.70、13.1%,月时间尺度下分别为0.80、4.7%和0.84、14.5%。能量平衡模式能够更好地模拟喀什河流域的径流过程。此外,能量平衡模式较水量平衡模式能够更好地模拟研究区内蒸发、积雪升华、地表径流、地下径流和第一层土壤含水量的空间分布特点。通过对不同假定气候情景下不同时间尺度的径流变化分析得到,气温和降水对喀什河流域的径流存在明显的影响。其中温度降低值越大,年径流曲线变化越平坦;温度升高值越大,年径流曲线变化越起伏。当气温升高-2℃和2℃时,相应的平均径流增加幅度分别为-2.97%和-2.34%;当气温升高-1℃和1℃时,相应的平均径流增加幅度分别为-0.62%和-0.69%。降水与径流存在正相关关系,当降水增加-20%和20%时,相应的平均径流增加幅度分别为-30.57%和-31.39%;当降水增加-10%和10%时,相应的平均径流增加幅度分别为-15.41%和15.63%。分析降水和气温同时变化对径流的影响时发现,降水增加10%时,无论气温升降,各径流变化趋势较标准情景均是增加的;降水减小10%,无论气温升降,径流的变化趋势较标准情景均是减小的。通过对多年月平均流量过程分析发现,年内涨水过程中,气温升高对应的径流大于气温降低的径流。而退水过程中,气温升高对应的径流小于气温降低的径流。
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