流域水文模型論文

流域水文模型論文基于InVEST模型的白洋淀—大清河流域水源涵養(yǎng)分析本文發(fā)表于《中國(guó)水土保持科學(xué)》2022年第19卷第5期“學(xué)術(shù)論壇”欄目。項(xiàng)目資助名稱：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)"白洋淀與大清河流域（雄安新區(qū)）水生態(tài)環(huán)境整治與水安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目"（2018ZX07110）；"白洋淀—大清河生態(tài)流量調(diào)控與水資源保障技術(shù)研究"（2018ZX07110001）引用本文：婁夢(mèng)婕,史明昌,郭虹揚(yáng),楊建英.基于InVEST模型的白洋淀—大清河流域水源涵養(yǎng)分析[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2022,20(5):118-123.DOI:

10.16843/j.sswc.2022.05.015.

LOUMengjie,SHIMingchang,GUOHongyang,YANGJianying.WaterconservationanalysisofBaiyangdian-DaqingRiverbasinbasedonInVESTmodel[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2022,20(5):118-123.DOI:

10.16843/j.sswc.2022.05.015.

目的和方法白洋淀—大清河流域是雄安新區(qū)重要的水源地和生態(tài)屏障。為探明該區(qū)產(chǎn)水功能的分布格局，揭示水源涵養(yǎng)能力空間分布的特殊規(guī)律，基于InVEST模型WaterYeild模塊評(píng)估流域產(chǎn)水并計(jì)算水源涵養(yǎng)量，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法求得不同條件下的水源涵養(yǎng)空間差異。本研究所需數(shù)據(jù)主要為年平均降雨量、年平均潛在蒸散、土壤深度、植被可利用水含量、土地覆被類型、流域邊界、Zhang系數(shù)、地形指數(shù)、土壤飽和導(dǎo)水率和流速系數(shù)。

其中降水、溫度、日照時(shí)間等數(shù)據(jù)均來自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)1981—2019年數(shù)據(jù)表。多年降水?dāng)?shù)據(jù)用流域內(nèi)外共74個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)及GPM衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)做補(bǔ)充，利用線性回歸殘差克里金插值進(jìn)行精細(xì)化插值計(jì)算得到。年平均潛在蒸散量使用Modified-Hargreaves法計(jì)算并精細(xì)化插值。土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)來源為中科院南土壤所提供的1∶100萬土壤數(shù)據(jù)，使用SPAWHydrology模型中的土壤屬性計(jì)算，求得PAWC和飽和導(dǎo)水率。土地利用數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)均來源于地理空間數(shù)據(jù)云，土地利用數(shù)據(jù)通過2019年Landsat-8遙感影像解譯與山區(qū)40個(gè)縣林業(yè)資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合獲得。流域邊界運(yùn)用ArcGIS水文分析得到；Zhang系數(shù)是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，白洋淀—大清河流域?qū)儆诎敫珊禍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，季節(jié)特征顯著，夏季降水集中，因此Zhang系數(shù)選取3~12的不同值模擬，隨著Zhang系數(shù)值的增大，模型產(chǎn)水量降低。根據(jù)研究區(qū)年降水次數(shù)，同時(shí)結(jié)合海河流域近50年(1957—2000年)平均河川徑流量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)照，當(dāng)Zhang系數(shù)值為8時(shí)，模型模擬產(chǎn)水量與多年觀測(cè)數(shù)據(jù)最接近。流速系數(shù)參照InVEST模型手冊(cè)進(jìn)行設(shè)定。筆者基于InVEST模型WaterYeild模塊計(jì)算流域產(chǎn)水量，數(shù)據(jù)獲取方便，參數(shù)設(shè)定靈活，綜合不同植被覆蓋條件下的蒸散發(fā)、不同土壤質(zhì)地的土壤滲透特性、地形、地表粗糙度等因素對(duì)地表徑流產(chǎn)生的影響，能較好地考慮到影響產(chǎn)水的主要因素，表達(dá)流域產(chǎn)水量的分布狀況。

模型原理基于Budyko水熱耦合平衡假設(shè)計(jì)算產(chǎn)水量，結(jié)合流速系數(shù)、土壤飽和導(dǎo)水率(mm/d)、地形指數(shù)求出徑流在區(qū)域上存留時(shí)間，求出水源涵養(yǎng)量。模型相關(guān)參數(shù)如所示。模型相關(guān)參數(shù)分布圖研究區(qū)概況白洋淀—大清河流域處于海河流域中部(E113°39′~117°34′，N38°10′~40°102′)，是海河五大水系之一，總面積為4萬3060km2，山區(qū)約為1萬8659km2，丘陵平原區(qū)約2萬4401km2，各為河系面積的43.33%和56.67%。河系內(nèi)地形西北高東南低。該區(qū)多為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，屬半干旱地區(qū)，季節(jié)特征顯著；年平均氣溫7.6~13.1℃；無霜期129.0~199.2d；年日照時(shí)間2518.7~2924.8h；常年降雨500~600mm且集中在汛期(7—9月)，年內(nèi)時(shí)空分布不均。研究區(qū)土壤以棕壤土和褐土為主，山區(qū)一般土層有機(jī)質(zhì)含量低，質(zhì)地疏松，土壤抗侵蝕能力較弱。研究區(qū)位置分布圖結(jié)論與討論

1)白洋淀—大清河流域產(chǎn)水總和為35.8億m3，水源涵養(yǎng)總量為1.7億m3，平均產(chǎn)水量是83.91mm。大清河流域產(chǎn)水量及水源涵養(yǎng)量的空間布局具有顯著差異性。

2)土地利用類型不同的區(qū)域的水源涵養(yǎng)能力存在差異，由高到低排序?yàn)楣嗄?gt;喬木>平原林地>耕地>草地>建設(shè)用地>裸土>裸巖。中部丘陵區(qū)雨量充沛，受到人類活動(dòng)影響小且裸土占地面積廣闊，后續(xù)水源涵養(yǎng)提升潛力較大。

白洋淀—大清河流域是雄安新區(qū)的水源地，新區(qū)的生態(tài)城市建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)。要通過流域水源涵養(yǎng)功能的綜合評(píng)估，優(yōu)化流域水資源配置來增強(qiáng)水資源可持續(xù)利用，提高生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)效率，加快推進(jìn)清潔流域治理和山水林田湖草人綜合流域建設(shè)。后續(xù)研究需要綜合考慮海河流域的上下游流域水資源的關(guān)系及地下水與地表水的差別，采取其他方法減少人類直接消耗水量的影響；增加模型對(duì)中國(guó)自然生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性，改進(jìn)模型參數(shù)，結(jié)合區(qū)域的實(shí)際徑流觀測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步驗(yàn)證分析等；另外應(yīng)重視流域內(nèi)的植