【摘 要】
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由于气候变化和人类活动的共同影响,流域水循环过程和水资源时空分布规律不同程度地发生变化,加剧了流域水文特性的复杂性。无论是水文与水资源、环境和生态等重大问题的决策,还是防洪抗旱等均离不开水文模型的支撑。水文模型的研究是水文学研究领域的重要研究内容,通过深入剖析水文现象的物理成因,充分掌握水文现象的内在规律,能够对历史或未来一段时期内水文情势进行定性或定量的科学分析和预测,是水利工程规划建设、水资源
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由于气候变化和人类活动的共同影响,流域水循环过程和水资源时空分布规律不同程度地发生变化,加剧了流域水文特性的复杂性。无论是水文与水资源、环境和生态等重大问题的决策,还是防洪抗旱等均离不开水文模型的支撑。水文模型的研究是水文学研究领域的重要研究内容,通过深入剖析水文现象的物理成因,充分掌握水文现象的内在规律,能够对历史或未来一段时期内水文情势进行定性或定量的科学分析和预测,是水利工程规划建设、水资源优化配置及其安全高效可持续利用的重要支撑。因此,如何选取适用于流域的水文模型至关重要。概念性水文模型不但具有完整的物理基础,能够科学地表达水文循环机理,反映水文循环的过程,而且仅需标定较少的参数即可进行径流模拟,在国内外研究很受欢迎,应用也较为广泛。鉴于此,本文基于41个典型概念性水文模型对1990-2003年石羊河流域上游高寒山区河流和2008-2016年漓江流域的径流进行模拟,并从模型的结构特点、蒸散发模拟情况、径流组分比例及变化特征等方面,分析评价了模型优劣及其在不同气候区的适用性。主要结论有:(1)总体来看,41个模型中大部分模型在漓江流域和石羊河上游流域均取得了不错的模拟结果。其中,评价指标KGE和R~2达到0.5以上、Dv在10%以内以及RMSE低于5的模型中,漓江流域的模型总数均超过30个,石羊河上游流域也大部分超过30个。其中,MODHYDROLOG、IHACRES、GR4J和Hillslope等模型作为漓江流域水文模拟的推荐模型;FLEX-IS、HYMOD和FLEX-I等模型作为石羊河上游流域水文模拟的推荐模型。(2)41个模型在漓江流域和石羊河上游流域的径流模拟结果存在较大差异,一方面,漓江流域的达优模型总数高于石羊河上游流域,体现了41个模型在漓江流域的总体模拟效果优于石羊河上游流域。另一方面,两个流域的最优5个模型均不相同,但最劣5个模型中存在Collie River Basin 1和VIC两个相同的模型。因此,存在均不适用于两个流域的模型,但适用于漓江流域的模型并不一定适用于石羊河上游流域。(3)从模型结构组成来看,模型的水库和参数数量等结构复杂程度并不是决定模型适用性的关键指标,主要是模型的结构功能与流域特性的匹配性影响模型的模拟结果。就漓江流域而言,采用超渗和蓄满的混合产流机制的MODHYDROLOG模型,以及以快、慢速径流的径流划分方式的IHACRES和GR4J模型适用于漓江流域的水文模拟。对石羊河上游流域来说,以快、慢速径流模拟的FLEX-IS、HYMOD和FLEX-I等模型均在石羊河上游流域表现出优秀的模拟结果。(4)从模型的蒸散发模拟情况来看,一方面蒸散发模拟的精度是径流模拟效果的影响因素之一,蒸散发模拟水平优秀的模型其径流模拟结果通常优秀;另一方面,模型的蒸散发模拟能力并非径流模拟表现的决定性因素,部分模型其蒸散发模拟水平高而径流的模拟表现并不佳。最优模型中,漓江流域的蒸散发模拟水平低于石羊河上游流域,偏差值高出100 mm以上。最劣模型中,漓江流域和石羊河上游流域的蒸散发模拟水平较差,偏差值均相差较大。(5)模型对径流组分的划分及处理,直接影响模型对流域的径流模拟结果,体现了模型与流域产流机制的匹配程度,因而成为模型适用于流域的关键性部分。在漓江流域和石羊河上游流域,最优模型模拟的地表径流和地下径流的比例差距均不大,径流组分模拟效果好。最劣模型中,漓江流域和石羊河上游流域的地表径流和地下径流比例均差距悬殊,径流组分模拟水平不理想。
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