南方丘陵區(qū)典型小流域分布式水文模擬研究.pdf

1、水文模擬是流域科學(xué)研究和綜合管理的重要手段。不同地區(qū)的水文過程受其特有自然和人為因素影響往往具有不同特征，進(jìn)行水文過程模擬需考慮區(qū)域特點。南方丘陵區(qū)是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)，迫切需要利用模型模擬的方式為流域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。該區(qū)域廣泛存在的水田、水塘等特殊地物和農(nóng)田灌溉、排水等人為活動改變了自然條件下的水流路徑，要合理描述其水文過程，必須合理考慮上述特殊地物和人為活動的影響。
　　雖然部分現(xiàn)有研究考慮了南方丘陵區(qū)特殊

2、地物和人為活動對水文過程的影響，但是這些研究均采用半分布式水文模型，不能詳細(xì)刻畫該區(qū)域典型地物（如水田、水塘）之間的匯流關(guān)系，難以滿足流域管理措施的空間優(yōu)化配置等應(yīng)用需求。鑒于此，本文基于RHESSys全分布式水文模型，考慮南方丘陵區(qū)特殊地物和人為活動影響，進(jìn)行該區(qū)域流域水文過程的全分布式模擬。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.適合南方丘陵區(qū)的流域匯流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。匯流網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包含流域空間離散化和空間單元水流關(guān)系的確定兩部分。在空間

3、離散化方面，水塘、水田、道路以不規(guī)則多邊形方式進(jìn)行離散化，其他地物則利用柵格進(jìn)行離散化?？臻g單元地表水流關(guān)系和地下水流關(guān)系確定方法不同，地表水流關(guān)系充分考慮了不同地物和人為活動的影響機(jī)制:水塘能夠接收上游來水，通過排水溝渠為下游或附近的水田提供灌溉水，大于水塘容量的出流則匯入下游的水塘或者附近河流;水田通過排水溝渠接收上游或者周圍水塘的灌溉水，超過水田最大蓄水深度的出流匯入下游水塘或者河流;道路和居民地的上游來水沿著排水溝渠匯入下游的水

4、塘或者河流;林地能夠接收上游來水，出流匯入相鄰的下游空間單元。地下水流關(guān)系的確定沒有區(qū)分空間單元類型，空間單元均能夠接收相鄰上游單元入流，出流則匯入相鄰的下游單元。
　　2.考慮區(qū)域特點的分布式水文模擬方法改進(jìn)。添加水田有效降水、田埂滲漏等水文子過程的表達(dá);按照水稻的生育期制定時間規(guī)則，根據(jù)水田水深與適宜水深上限、適宜水深下限和最大蓄水深度的關(guān)系來確定灌溉、排水活動的發(fā)生條件，灌溉量為適宜水深上限和當(dāng)前水田水深的差值，排水量則為超

5、過最大蓄水深度的水量。水田灌溉水來自匯流網(wǎng)絡(luò)中確定的上游或者附近的水塘。
　　3.選擇太湖丘陵區(qū)典型小流域中田合流域為研究區(qū)，對改進(jìn)后的模型進(jìn)行應(yīng)用評價，得到的主要結(jié)論有:
　　(1)改進(jìn)后模型日徑流量的模擬結(jié)果納什系數(shù)(NSE)和決定系數(shù)(R2)都高于改進(jìn)前的模擬結(jié)果，改進(jìn)前率定期NSE為0.50(R2=0.63)，驗證期為0.62(R2=0.61);改進(jìn)后率定期NSE為0.55(R2=0.63)，驗證期為0.65(R2=

6、0.63)。降雨期間，改進(jìn)后模型模擬的洪峰值明顯低于改進(jìn)前模型的模擬值，這是因為改進(jìn)后的模型中灌溉活動使水塘蓄水量減小，使其攔截了更多的上游來水，從而使匯入流域出口的流量減小。
　　(2)對水田水深和土壤含水量、水塘的蓄水深度變化模擬結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明改進(jìn)后的模型更為合理地模擬了南方丘陵區(qū)典型地物的水文過程。在水田水深的模擬結(jié)果中，水田水深受到水稻特定生育期水田適宜水深上下限和最大蓄水深度的控制，當(dāng)水田水深不處于適宜水深，排水

7、或灌溉過程會使得水田水深回到適宜水深。水田土壤含水量的模擬結(jié)果中，水田在水稻非生育期土壤含水量受降雨影響較大，降雨期間土壤含水量增加，降雨后慢慢減小;在水稻生育期，土壤含水量從水稻生育期開始逐漸增大直到土壤達(dá)到飽和，曬田期水田蓄水被排出，土壤含水量逐漸降低，過了曬田期水田又灌滿了水，土壤含水量又逐漸增大使得土壤達(dá)到飽和直到水稻生育期末期。改進(jìn)后模型模擬的水塘蓄水深度的變化能夠體現(xiàn)水塘提供灌溉水后其蓄水量降低的變化趨勢。
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