基于三维参数化方案的二元分布式水文模拟

分布式水文模型通过参数化方案处理参数空间异质性对水文模拟的影响。针对目前参数化方案对山区流域参数垂向差异考虑不足的问题,开展了三维参数化方案研究,建立了基于垂直地带性的三维参数化方案,针对性地改进了WEP-L模型,并以密云水库上游流域为例对方案效果进行了分析。结果表明:(1)和以往二维参数化方案相比,三维参数化方案可大幅提升分布式水文模拟精度,流域内主要控制站近60年逐月实测径流过程模拟效果得到有效改善;(2)模拟精度提高的主要原因是改进后方案同时考虑了植被类型垂直地带性及海拔高度对参数空间分布的影响。

基于二元水循环模拟的密云水库上游流域河川径流演变归因分析

密云水库上游流域是首都重要的生态屏障和水资源保护地,近60 a来,流域河川径流量衰减明显,定量识别不同时期径流变化成因对于科学认识流域水循环演变机理具有重要意义。基于此,构建了二元分布式水文模型,设置了多个情景对流域水循环过程进行模拟,并在此基础上使用多因素归因分析法对河川径流演变进行了定量归因。结果表明:(1)近60 a来,人类活动对径流衰减的贡献(42.8%)略小于气候变化(57.2%),气候变化对径流的影响先减小后增大,而人类活动的影响先增大后减小;(2)从基准期(1960—1970年)到变化期(1985—1995年),气候变化使径流增加0.29亿m^(3),人类活动造成径流减少1.22亿m^(3),其中,人工林面积的大幅增加是径流减少的主要原因,从变化期(1985—1995年)到现状期(2007—2017年),气候变化与人类活动对径流衰减的贡献率分别为92.5%、7.5%,降水偏枯及年内分配变化是气候变化导致径流衰减的主要原因;(3)从基准期到变化期,多因素变化协同率为-61.6%,从变化期到现状期,为-92.7%,说明近60 a来多因素对径流的综合效应表现为负效应,且各因素对径流的影响抵消程度逐渐变小。

基于星地融合数据的黔桂喀斯特山地降水时空分布

山区是河川径流主产区,系统掌握山区降水的时空分可为水循环系统的精准解析和水资源开发利用策略的科学拟定提供重要的基础支撑。针对山区观测数据匮乏的情况,使用地理加权回归法和多元线性回归法,建立了黔桂喀斯特山地TRMM卫星降水产品的降尺度校正模型,分析了降尺度校正结果的精度及其在不同高程区间的效果,总结了山地降水的时空分布规律。研究结果表明:(1)地理加权回归法的校正精度优于多元线性回归,在α=0.01的显著性水平下,地理加权回归法在高海拔地区的表现更好;(2)研究区多年平均降水量呈现南高北低、东高西低的特征,年内分配不均,夏季(6月-8月)降水量为741mm,占全年的52%;(3)地形变化和研究区降水的空间分布有密切联系,低海拔区域高程对降水的影响较大,高海拔区域坡度对降水的影响较大。

缺资料地区降水系列的插补及验证

针对部分地区降水资料缺乏的问题,以德清县为研究对象,提出了日尺度降水资料的插补方法,该方法通过对已有降水数据进行时间尺度转换和空间插值的方式插补出缺资料地区日降水数据。结果表明:①德清站插补结果中日降水强度、强降水量及连续有雨天数的误差均小于3%,与直接用周边站点的逐日数据对数据缺失站进行插值相比,各站月降水数据与实测值的相关系数平均提高0.11,均方根误差降低了42.3%;②将降水插补结果作为分布式水文模型的降水输入时,径流模拟效果得到了有效改善,1960—2018年模拟径流量和实测径流量系列的纳什效率系数由0.62提高到0.87,相对误差由-4.2%降至-2.3%;③日尺度降水插补结果的相关系数、5 d最大降水量及强降水量对研究区分布式水文模拟效果影响较大。

汾河流域上游基流特征及其影响因素

针对汾河流域河川径流量、河川基流量急剧减少和流域内生态环境恶化严重的问题,根据汾河流域上游控制站兰村水文站实测径流量数据,对比了数字滤波法、时间步长法对汾河流域基流分割的适用性,分析了基流变化特征及主要影响因素,并应用随机森林算法对影响因素重要性进行了评价。结果表明:数字滤波法(α=0.925)适宜汾河流域基流分割,可以客观反映汾河流域基流情况;河川基流量在1956—2016年呈极显著下降趋势,在2008年之后有所缓解,突变发生在1981年和2008年;汾河流域上游基流年内分布呈典型双峰型结构,峰值流量从之前的8月转移至3月,2000—2009年平均基流量仅为1956—1959年的1/8;降水量减少对基流量减少的贡献率仅为9.96%,不考虑气温影响时人类活动对基流量减少的贡献率为83.19%;人类活动中煤矿开采和地下水开采是造成基流减少的主要因素。