不同分布式水文模型在大凌河中游對(duì)比運(yùn)用研究

楊　麗，王　威

(遼寧澤龍水利實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

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不同分布式水文模型在大凌河中游對(duì)比運(yùn)用研究

楊麗，王威

(遼寧澤龍水利實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

[摘要]不同水文模型在不同流域都具有一定的適用性，為對(duì)比分布式水文模型SWAT模型和VIC模型在大凌河中游的適用性及模擬精度，以大凌河中游大城子水文站以上流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，基于大城子水文站2000-2010年水文數(shù)據(jù)，對(duì)比分析兩種分布式水文模型在大凌河中游的適用性及模擬精度。研究成果表明：SWAT模型更適合于大凌河中游的水量模擬，SWAT模型模擬相對(duì)誤差均值為5.21%，低于VIC模型模擬的相對(duì)誤差(相對(duì)誤差均值為8.01%)，且SWAT模型模擬的確定性系數(shù)均值為0.74，優(yōu)于VIC模型模擬的確定系數(shù)(確定系數(shù)均值為0.68)。研究成果對(duì)于大凌河中游水文模擬及流域水文預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]分布式水文模型；SWAT模型和VIC模型；水文模擬；大凌河中游

不同水文模型在不同區(qū)域具有一定的適用性，在進(jìn)行不同區(qū)域進(jìn)行水文模擬前，需要對(duì)水文模型的適用性進(jìn)行分析。當(dāng)前，分布式水文模型由于期能充分考慮流域下墊面對(duì)水文模擬的影響，逐步被國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者用于水文模擬中，這其中，以分布式水文模型SWAT模型和VIC模型最為突出，兩種分布式水文模型在我國(guó)不同流域內(nèi)均得到運(yùn)用，取得一定的研究成果[1-6]，但在大凌河中游運(yùn)用研究成果較少，特別是未進(jìn)行SWAT模型和VIC模型的對(duì)比分析研究。而不同模型在不同區(qū)域具有不同適用性，為此，本文分別運(yùn)用SWAT模型和VIC模型，以大凌河中游大城子以上集水區(qū)域作為研究流域，對(duì)比分析兩種分布式水文模型在大凌河中游的適用性及模擬精度，研究成果對(duì)于大凌河中游的水文模擬及預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考價(jià)值。

本文分別運(yùn)用SWAT模型和VIC模型模擬來(lái)模擬大凌河中游流量，基于大城子水文站實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)，對(duì)比分析兩種分布式水文模型在研究流域的適用性及模擬精度。

圖1　大凌河中游水系圖

1研究區(qū)域概況及研究資料

1.1研究區(qū)域概況

大凌河全長(zhǎng)397 km，是遼寧省西部最大的河流, 流域面積2.35×104km2，流域內(nèi)年降水量450～600 mm，流域降水量主要集中7、8兩個(gè)月份。流域年均徑流量16.67×108m3，本文選取大凌河上游大城子水文站作為研究區(qū)域，研究區(qū)集水面積為5 029 km2，研究流域內(nèi)共有16個(gè)降雨站點(diǎn)，研究區(qū)各降雨站點(diǎn)及水系圖見(jiàn)圖1。

圖2　模 型所需下墊面數(shù)據(jù)

1.2模型輸入數(shù)據(jù)

SWAT模型和VIC模型需要輸入的數(shù)據(jù)相同，需要輸入的數(shù)據(jù)均為：地利用數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)。各項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)源如下：(1)數(shù)字高程數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)時(shí)分布式水文模型劃分計(jì)算單元的基礎(chǔ)，本文收集的國(guó)家空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)提供的分辨率為90 s的全球DEM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[9]，結(jié)合流域邊界采用地理信息軟件截取得到研究區(qū)數(shù)字高程數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2(a)；(2) 土壤類型數(shù)據(jù): 該數(shù)據(jù)是模型計(jì)算不同土壤類型土壤蓄水容量及下滲率的基礎(chǔ)，本文收集FAO國(guó)際聯(lián)合農(nóng)業(yè)組織的全球分辨率為1:4 000 000的土壤類型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源源詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[10]，結(jié)合流域邊界采用地理信息軟件截取得到研究區(qū)土壤類型數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2(b)；(3) 土地利用數(shù)據(jù)：該數(shù)據(jù)是模型計(jì)算流域不同土地利用對(duì)產(chǎn)流影響的基礎(chǔ)，本文收集的國(guó)家空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)提供的分辨率為1 km×1 km的土地利用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[11]，結(jié)合流域邊界采用地理信息軟件截取得到研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2(c)(4)水文數(shù)據(jù)，收集流域出口大城子水文站2000-2010年水文數(shù)據(jù)；水文數(shù)據(jù)包括降雨、流量(5) 氣象數(shù)據(jù)：收集了流域內(nèi)朝陽(yáng)氣象站1980-1989年氣象要素?cái)?shù)據(jù)，氣象要素?cái)?shù)據(jù)包括日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、太陽(yáng)輻射，氣象數(shù)據(jù)主要用來(lái)計(jì)算流域潛在蒸散發(fā)。

2模型對(duì)比分析

基于大城子水文站2000-2010年水文數(shù)據(jù)，分別應(yīng)用SWAT模型和VIC模型模擬了大凌河中游流域的月徑流量，模擬對(duì)比結(jié)果如圖3。

圖3　兩種分布式水文模型徑流模擬與實(shí)測(cè)流量對(duì)比圖

從表3中可以看出，但兩個(gè)分布式水文模型都適合于大凌河中游的水量模擬，兩個(gè)模型在參數(shù)率定期和驗(yàn)證期，模擬的徑流深相對(duì)誤差均小于10%，確定性系數(shù)均在0.6以

上，滿足水文模擬精度規(guī)范要求(徑流相對(duì)誤差小于10%，確定性系數(shù)0.6以上)，從表中可以看出，SWAT模型模擬精度高于VIC模型，SWAT模擬的徑流深相對(duì)誤差均值為5.21%，高于VIC模型模擬的徑流深相對(duì)誤差均值8.01%，且SWAT模型模擬的確定性系數(shù)均值為0.74%，好于VIC模型模擬的確定性系數(shù)均值0.68。從圖3中兩種分布式水文模型模擬流量與實(shí)測(cè)流量對(duì)比過(guò)程圖中也可以看出，SWAT模型模擬的流量和實(shí)測(cè)流量擬合過(guò)程優(yōu)與VIC模型。

表1　VIC模型水量模擬參數(shù)率定結(jié)果

表2　SWAT模型水量模擬參數(shù)率定結(jié)果

表3　SWAT模型和VIC模型在大凌河中游徑流模擬精度對(duì)比

3結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)比分析了SWAT模型和VIC模型在大凌河中游的模擬精度及適用性，研究取得以下結(jié)論：

(1)SWAT模型和VIC模型都適合于大凌河中游流域水文模擬，模擬精度符合水文模擬精度規(guī)范要求；

(2)SWAT模型在大凌河中游水文模擬精度好于VIC模型，SWAT模擬的徑流深相對(duì)誤差小于VIC模型模擬的徑流深相對(duì)誤差，且模擬流量過(guò)程和實(shí)測(cè)流量過(guò)程的擬合度也好于VIC模型。

參考文獻(xiàn)

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[9]DEM數(shù)據(jù): http://srtm.csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp.

[10]土壤數(shù)據(jù)：http://faostat.fao.org/.

[11]土地利用數(shù)據(jù)： http://westdc.westgis.ac.cn/data/1cad1a63-ca8d-431a-b2b2-45d9916d860d/.

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡(jiǎn)介]楊麗(1987-)，女，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師，主要從事水利工程方面工作。

[中圖分類號(hào)]P332

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0117-02