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基于SWAT模型的青海省主要流域径流模拟
刘柏君1,权 锦2,3,杨超慧4,雷晓辉2,3,王 浩2,3
【摘 要】摘要：通过划分青海省主要流域并构建相应SWAT模型,模拟流域日、月平均径流变化过程,根据模型径流模拟值与实测值对比及对模型模拟结果进行评价,从而探讨所构建模型的模拟精度及其适用性。结果表明:SWAT模型不适用于柴达木盆地,而对高寒区或高原区内以降水、冰川、融雪为主要补给的流域的径流模拟效果良好,且具有较好的适用性。 【期刊名称】水资源保护 【年(卷),期】2016(032)006 【总页数】6
【关键词】径流模拟;SWAT模型;适用性评价;青海省
径流是表征河流水资源量最直观的因子,其与社会的耦合和驱动机制研究成为国际水文未来10年的主要方向。气候变化导致径流发生明显变化,水资源情况多变,特别是三江源区,冰川、积雪和降雨丰富而径流利用较少[1-2],水资源充盈,战略地位显著。研究径流变化是为了揭示径流对气候变化、人类活动和生态环境演变的响应规律,为工程建设、生态保护和径流适应性利用提供依据,而径流模拟是开展上述研究的基础。以往研究中,常构建SWAT模型模拟单一流域径流过程从而评估气候变化对径流的影响或分析水文效应对土地利用变化的响应,也会对SWAT模型的参数敏感性与区域适用性进行评价[3-11]。贾仰文等[12]应用WEP-L模型模拟黄河源区年、月径流过程并详细研究了径流过程对气温和降水变化的响应关系。薛天柱等[13]通过建立SWAT模型,结合预测的气象数据,对梨园河流域径流进行模拟预测,并分别分析了径流对气温和降雨的水文响应的敏感
性。宋倩等[14]将SWAT模型应用到伊犁喀什河流域,探讨了模型的适用性及其参数的敏感性,极大地丰富了SWAT模型的适用范围。张圣微等[15]利用SWAT模型模拟拉萨河流域水文过程并研究了流域径流对气候变化和土地利用的响应关系。但以往的研究很少涉及大范围、多流域的区域径流模拟,因此对SWAT模型在大范围、多流域区域内的适用性及径流模拟效果的认知十分有限,无法满足气候变化条件下区域径流开发利用与水资源综合管理的需求。青海省是三江源区,也是我国的五大牧区之一,水资源、水能资源、草料资源丰富,地域广,涉及流域多,地理环境复杂,气候多变,冰川、积雪和降雨直接影响流域产汇流,径流状况复杂且多变。本文通过构建青海省主要流域SWAT模型,模拟流域径流过程,探讨SWAT模型的区域适用性,以期为厘清区域径流情势变化与适应性利用问题,为高寒区径流演变规律认知、高原区水资源和水能开发战略潜力评估、生态水文过程变化影响解析和西部水资源战略剖析提供有力的技术支持。
1 研究区域概况与数据收集及处理
1.1 研究区概况
研究区地处我国西北部,为介于东经89.58°～103.07°、北纬31.65°～39.32°之间的青海省(图1)。该省地域面积宽广,河流众多,主要有黄河、长江、澜沧江、湟水干流(不含大通河)、格尔木河、香日德河、巴音河、布哈河、黑河9条,水系发达,河网密集。青海省地形各异,土壤多样,高山耸立,河流纵横,湖泊星罗棋布,草场丰盛,森林匮乏,84.7%的地区海拔在3 000 m以上。省内包含祁连山地、柴达木盆地、青南高原、青海湖4种类型的自然地貌,其中,山区面积占51%,沙漠、平原(含高原滩地等)占26%,水域占15%,丘陵占8%。省内祁连山、昆仑山、巴颜喀拉山和唐古拉山等高海拔山岭终年积雪,冰川广布,冰川面积占全国冰川总
面积的8.8%,多年融水量达31.72 亿m3。青海省深居内陆,属高原大陆性气候,具有平均气温低、昼夜温差大、太阳辐射强、日照时间长、水面蒸发强烈、无霜期短、冬长夏短、降雨次数多而强度小、水资源时空分布不均、自然灾害频发等特点。省内年日照数高达2 500 h,辐射量约为605 kJ/cm2,年均气温在-5.7～8.5℃之间,祁连山区、青南高原年均气温低于0℃,湟水、黄河谷地在6～8℃之间。
1.2 研究区主要流域划分
根据以下5条原则进行流域划分:①与水资源分区要求相符;②流域水文、气象、地理、生态环境、水资源开发与利用具有区域代表性;③具备重大工程与重要控制水文站的流域;④流域与区域经济社会发展、生态环境维护紧密相关;⑤保留主要支流水系完整性,将青海省划分为黄河流域(黄河干流、湟水干流和大通河)、长江通天河流域、澜沧江扎曲流域(西南诸河流域)和柴达木盆地、青海湖布哈河流域(西北诸河流域)共7个主要流域,划分结果见图1。 1.3 数据收集及处理
地形高程数据(DEM)来自于SRTM数据集(http://strm.csi.cgiar.org/),空间分辨率为90 m。土壤类型数据来自于HWSD(harmonized world soil database)的全球土壤数据集,比例尺为1∶1 000 000。土地利用数据(图2)由2010年城市遥感影像与第2次全国土地调查体系陆地覆盖/植被类型图合并后根据青海省土地覆盖特征进行2次分类所得[16-17]。不同流域采用同一的土地利用数据、土壤类型数据。
气象数据选用由民和、贵德、西宁、同仁等37个气象站1980—2013年的逐日数据,包含日降雨量、最高/最低气温、太阳辐射、风速、相对湿度、日照时