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《河海大学》 2006年
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考虑植被影响的水文过程模拟研究

袁飞  
【摘要】:大多数的概念性流域水文模型缺少显式考虑流域下垫面植被特性对水文过程的影响,因此不利于研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域水文循环的影响。本文将在概念性水文模型——新安江模型中引入植被覆盖影响水文过程的物理机制,构建考虑植被影响的新安江模型,研究我国南水北调中线工程水源地——汉江流域在变化环境下的水文响应。 利用美国马里兰大学全球1km土地覆被数据描述研究区域的植被空间分布,采用遥感数据归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)反演研究区域叶面积指数的时空分布,基于陆面数据同化系统LDAS(Land Data Assimilation System)和相关文献确定各类植被的参数,采用具有物理基础的双源蒸散发能力计算模型,计算汉江上游汉中水文站集水区域的蒸散发能力时空分布。结果表明:土地覆被对蒸散发能力的大小及时空分布具有显著的影响;双源蒸散发能力计算模型可以与新安江三水源模型耦合,并能合理地模拟汉中水文站的日径流过程,确定性系数达到0.737~0.977。 在新安江模型中显式表征植被物候特征(叶面积指数)、根系特征(根系深度)、生理特性(叶面气孔开合)、地表粗糙度(糙率)等因素对流域蒸散发、产流和汇流过程的影响,在数字流域上利用地理信息系统技术和遥感信息,构建考虑植被影响的新安江模型,并模拟汉江流域汉中水文站的日径流和洪水过程,模拟结果良好。 采用极端土地利用/覆被法在汉江上游汉中水文站集水区域构建土地覆被变化情景,运用考虑植被影响的新安江模型研究土地覆被变化情景下的水文响应。在汉江汉中站集水区域植树造林将可能使年均蒸散发量增加2.1%~11.1%,年均径流量减少1.3%~7.5%,可以有效地削减洪峰流量、延缓洪峰;将森林植被转换为耕地、林地草原或草原植被将使年均蒸散发量减少3.1%~22.2%,年均径流量增加2.0%~15.0%,并引起洪峰流量增加、峰现时间提前。 基于汉江流域0.5°网格系统和考虑植被影响的新安江模型,构建汉江流域气候变化对径流影响评估模型,并与区域气候模型PRECIS(Providing Regional Climate for Impacts Studies)单向耦合,评测气候变化政府间研究小组温室气体排放情景特别报告IPCC-SRES(Intergovernmental Panel on Climate Change-Special Report on Emission Scenarios)的气候变化情景下汉江流域的水文响应。汉江流域未来(1991~2100年)多年平均径流深较基准年(1961~1990年)约增加4.7%;汉江流域未来径流深的空间分布差异性更为显著,预示着汉江流域发生局部旱灾和洪灾的可能性增大。 采用LPJ全球植被动态模型(Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model)模拟气候变化对汉江流域植被的可能影响。模拟结果表明各种气候条件和大气CO_2浓度组合情况下,汉江流域的植被第一净生产力、叶面积指数、植被组成和分布将发生显著的变化。利用LPJ模型输出的植被信息,采用考虑植被影响的新安江模型在汉江流域进行植被动态变化的水文模拟数值试验,研究表明在长时间尺度的径流模拟中应该考虑植被的动态变化。
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