基于VIC水文模型的滦河流域径流变化特征及其影响因素

基于1971—2000年的滦河水文站径流资料,采用Mann-Kendall法和有序聚类分析法对滦县水文站的水文序列进行突变分析,利用VIC(variable infiltration capacity)水文模型对滦河流域的径流进行模拟,探讨该模型对滦河径流的模拟效果,并定量计算气候变化和人类活动对滦河流域径流的影响程度。结果表明:1980年是滦河流域径流的突变点,1971—1979年为该流域径流序列的基准期;该时期VIC水文模型模拟效果较好,模拟的流量过程与天然径流过程较一致;1980年之后,因受气候变化、人类活动导致的下垫面情况变化因素影响,VIC模拟的月径流过程的确定性系数有所减小,1980年代,模型的模拟效果总体较好,只有1988年对于丰水期的模拟略偏小,然而从1990年代开始,模型对于丰水年的模拟偏小明显。定量分析计算出的气候变化对滦河流域径流影响为54.9%,人类活动影响为45.1%,可见人类活动不容忽视。

基于CMIP5模式与VIC模型耦合的滦河流域未来气候及径流变化研究

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障,在全球变暖的背景下,研究滦河流域未来气候及径流变化情势对京津冀地区的发展具有重要意义。基于VIC模型模拟滦河流域历史径流,利用相关系数、中心均方根误差、标准差和均值构建CMIP5未来全球气候模式评价指标体系,并对其做归一化处理,从各模式中选取最优的降水、最高气温、最低气温及风速数据以分析滦河流域未来气候变化。采用Delta法进行气象要素空间降尺度,将VIC模型与CMIP5全球气候模式耦合,开展滦河流域未来径流变化情势分析。结果表明:VIC模型在滦河流域的径流模拟效果令人满意。在年际上,未来年降水量、日最高与最低气温均呈上升趋势,未来日平均风速无明显上升趋势。在年内分配上,与历史期同月份相比,未来月平均降水量有增有减,其中10月份增加率最高,达138.64%;未来月平均最高气温均升高,9月份变化最大,平均升高2.45℃;未来月平均最低气温平均升高3.24℃,其中2月份变化最大,平均升高4.45℃;不同月份未来风速有升有降,其中8月份变化最大,平均升高0.23 m/s,升高率达16.35%。未来期的多年平均流量为134.41 m^(3)/s,比历史期增加9.96%。未来年流量平均以10.2 m^(3)(/s·10 a)的速度波动上升。其中,2020s和2080s的年流量平均以12.8和28.9 m^(3)(/s·10 a)的速度波动上升,上升趋势显著。夏季径流占比由历史期的53%降至43%,冬季径流占比由7%升至12%。

基于CMIP5和VIC模型的长江上游主要水文过程变化趋势预测

基于长江上游流域82个气象站点的实测数据和国际耦合模式比较计划第5阶段(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)的2种排放情景下的8个气候模式1961～2099年的降水、气温数据,通过等距离累积分布函数法(Equidistance Cumulative Distribution Function Method,EDCDFm)进行气候模式的统计降尺度。在此基础上,构建0.5°×0.5°网格空间分辨率的可变下渗容量水文模型(Variable Infiltration Capacity,VIC),对历史流量进行模拟,并进一步模拟分析长江上游流域2006～2099年径流量、蒸散发的时空演变趋势。结果表明:VIC水文模型能够较好地模拟研究区的水文过程,从长江上游流域未来时期(2006～2099)主要水文过程变化趋势的预测来看,径流量变化趋势不明显、蒸散发呈增加趋势。此研究对于合理规划配置长江流域水资源及为气候影响评价和决策系统提供科技支撑具有重要意义。

两种水文模型在汤河流域水文模拟中的对比分析

本文分别引入分布式水文模型SWAT模型和VIC模型，以汤河流域为例，结合流域内二道河子水文站2000～2010年实测水文数据，对比分析不同分布式水文模型在汤河流域的适用性和模拟精度。基于分布式水文模型SWAT模型，通过设定2种气温变化情号模式，定量分析气温变化对流域径流影响。研究表明：SWAT模型模拟的径流深相对误差和确定性系数均好于分布式水文模型VIC模型，SWAT模型更适合于汤河流域水文模拟。研究成果对于汤河流域分布式水文模拟提供参考价值。

基于VIC模型的修河干流径流模拟研究

为了更好地对修河流域水资源进行科学合理的规划与评价,以修河干流虬津站断面以上控制流域为研究区域,构建修河干流流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用普林斯顿气象同化数据集驱动模型进行流域的径流模拟研究,以纳什效率系数NSE和相对误差Er两个评价指标并结合修河干流下游虬津站多年实测月均流量资料进行模型的的率定与验证。研究结果表明:在月尺度上,率定期和验证期的Nash效率系数分别为0.85、0.84,相对误差分别为8.67%、8.98%。模型的构建和研究结果可为研究流域的水循环和水资源规划评价提供一定参考依据。

VIC模型在柯街河流域降雨量—流量模拟过程中的应用

采用0.01°×0.01°为基本计算单位,以1999年1月至2000年12月为模拟时段。应用水文变量渗透模型反复推算,结果显示,水文站观测流量曲线基本与模型计算出的流量曲线一致。尽管存在数据可供性和模拟精确度的限制,水文变量渗透模型仍然可以预测流域水文变化和全球气候变化趋势。

白洋淀流域水域空间格局变化及维持机制

本文基于VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型,还原了白洋淀天然入淀径流量(即不受大坝干扰情境),结合实际入淀水量的组成,探究了白洋淀入淀径流量衰减过程、淀区水量维持变化以及流域陆地水储量的响应。研究结果表明:(1)白洋淀年均总入淀水量在天然状况下为23.79×10^(8)m^(3),实际仅为8.59×10^(8)m^(3),且总入淀水量呈减少趋势,2000年后流域内外调水成为入淀水量的重要组成部分;(2)模拟天然状况中,上游径流量能够维持淀区耗水量,在实际状况中,1960―1979年径流量基本能满足淀区耗水量需求,1980―1997年淀区出现长时间水量赤字,1998―2016年淀区耗水主要靠上游水库、黄河等流域内外调水补给;(3)白洋淀流域陆地水储量显著下降,西南流域下降趋势大于东北流域。白洋淀流域水资源减少,淀区来水与耗水失衡,且过度依赖人工调配水,增加了白洋淀流域水资源应对未来气候变化的不确定性。尤其在雄安新区建设背景下,实现淀区水生态保护与恢复目标面临更多挑战。

基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验

利用淮河流域加密站点2008年6月1日—8月31日逐日降水资料、对应的T213模式的24 h,48 h以及72 h集合预报,采用贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)方法对集合预报15个成员的降水预报进行了概率集成与偏差订正,采用排序概率评分(CRPS)、平均绝对误差(MAE)对BMA的订正结果进行检验,并将订正后的降水预报输入VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型中进行水文概率预报。结果表明:经BMA订正后的24 h,48 h,72 h降水预报精度较订正前有所提高;BMA模型给出的有效区间(第25百分位数至第75百分位数)预报将实况降水量包含在内的可能性比订正前更大;由水文概率预报检验指标分析可知,经BMA订正的降水集合预报,由VIC水文模型模拟得到的径流量变化趋势与实况较吻合。

藏北典型地区土壤水含量遥感高时空数据融合方法研究

藏北地区草地是我国重要的农牧业生产基地,但生态环境却十分脆弱,并且对于干旱等灾害的抵御力低。土壤含水量也是农业、畜牧业、水文以及气象等重要领域的研究热点。文章研究采用层次贝叶斯网络模型应用于遥感高时空数据融合方法的研究,结合VIC水文过程模型和高时空遥感融合数据,开展遥感数据与陆面过程模型的融合实验。实验的结果为多源遥感数据融合,提供了合理的理论依据和技术实现方案,能够为西藏地区草地水土流失、生态退化等问题的预警提供了信息支撑。

气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究

【目的】分析西北典型干旱区石羊河流域上游产流区径流对未来气候变化的响应,为石羊河流域未来水资源的规划利用提供参考。【方法】应用可变下渗能力模型(VIC)模拟水文过程,基于模型参数率定,利用统计降尺度模型(SDSM)对全球气候模式(GCMs)中HadCM3模式下A2、B2情景进行降尺度处理,分析A2、B2情景下石羊河流域上游产流区气候要素的变化,以预估的未来气候情景数据作为验证后VIC模型的输入,分析未来气候变化下石羊河流域的水文响应。【结果】VIC模型的效率系数在率定期(1990-1994年)和检验期(1995-1996年)分别为0.769和0.690,相关系数分别为0.955和0.894,表明VIC模型能够较好地描述流域大尺度水文过程;在未来2020s(2010-2039年)和2050s(2040-2069年),研究区多年平均最高气温在A2情景下分别较现状升高1.3和2.8℃,B2情景下分别较现状升高1.3和2.5℃;在2个时期的2种气候情景下,多年平均最低气温均升高0.1℃左右;在A2情景下2020s和2050s多年平均降水量分别较现状减少7.6%和15.2%,B2情景下2个年代的多年平均降水量分别减少8.7%和13.1%;2020s多年平均径流量在A2和B2情景下分别较现状减少2.8%和1.4%,2050s多年平均径流量在A2和B2情景下分别减少13.2%和8.3%。【结论】石羊河流域径流在未来A2、B2气候模式下的不同时期内均会呈减少趋势。

新一代GPM IMERG卫星遥感降水数据在中国南方地区的精度及水文效用评估

新一代GPM(Global Precipitation Measurement)IMERG(Integrated Multi-satellit E Retrievals for GPM)卫星遥感反演降水数据产品提供了覆盖范围更大、精度和时空分辨率更高的新的降水数据来源。本文以北江流域为例,基于高精度融合降水数据产品定量评估了新一代准实时"early-run"和"late-run"IMERG产品(IMERG-E和IMERGL)以及非实时后处理的"final-run"IMERG产品(IMERG-F)的精度,并结合VIC(Variable Infiltration Capacity)分布式水文模型评估了该系列产品的水文效用。结果表明:(1)研究区域内非实时IMERG-F产品有着较高的精度,网格尺度上日尺度相关系数为0.65,相对偏差为5.87%,优于上一代3B42-V7产品,而准实时的IMERG-E及IMERG-L产品的日相关系数则为0.6左右,精度同样令人满意;流域平均尺度上各产品精度均进一步提高;(2)情景I(基于站点观测降雨数据率定模型)的水文模拟结果表明,非实时IMERG-F产品表现出较好的水文效用,纳西效率系数为0.622;准实时的IMERG-E及IMERG-L产品虽总体上表现较差,但在汛期表现较好,说明该产品有应用于短期洪水预报的潜力;(3)情景II(基于3B42-V7数据率定模型)的结果表明,各IMERG产品的水文模拟表现均有显著改善,说明3B42历史数据适合在使用IMERG产品进行水文模拟时用于水文模型率定。