基于物理过程分布式流域水文模型尺度依赖性

摘要

通过变化基于物理过程分布式参数流域水文模型的单元格大小(Grid size)和时间步长(Timestep)研究流域水文过程的尺度依赖性,进而寻求最佳模拟尺度和模拟效果,可以为实现相对准确的流域土地利用变化/植被变化以及气候变异的水文响应预测,制定适应性流域管理措施提供科学基础.本文以基于物理过程的分布式水文模型MIKES眦为工具,以位于西北黄土高原甘肃省天水市吕二沟流域的实测次降水一径流为输入对模型进行校正后,采用多尺度检验的方法探讨分析了单元格及步长变化的水文影响.结果表明:单元格变化对峰值及模拟径流总量有影响.单元格从10m增大到200m,模拟峰值及径流总量均增大,分别变化为1.72～8.56m3/s和1.10～3.68×105m3,这主要源于单元格变化引起流域特征变化,10m和200m单元格对应模拟面积分别较原流域面积变化-0.09%和20.57%,河流链接"rivet link"分别较原沟系长变化27.23%和5.48%.此外,模型中运动波近似方程有限差分像元△x与单元格水流交换总量之间的关系一定程度也解释了单元格变化对模拟结果的影响.分析认为本研究60～100m为较适宜采用的模拟单元格.步长变化引起单位步长内降水强度的变化,从而影响峰值模拟,但对径流总量无影响.步长减小,模拟峰值增高,0.5h步长和24h步长对应模拟峰值分别为2.38m3/s和1.72m3/s.由于各时段观测记录分辨率不一,研究中步长的选择确定具有很大任意性,使得任一既定采用的模拟步长并不适用于另一观测时段,模拟效果不一.