秦淮河流域潜在蒸散发对CREST模型水文模拟影响研究

【摘要】：在水资源供需不平衡的今天,如何精确掌握流域水资源的水文特征以及定量刻画水文循环过程尤为重要。水文模型出现为解决这一难题提供了契机。水文模型为流域水文特征自然现象以及水动力过程的展示提供了实践支持。秦淮河流域地处长三角中下游,流域四面环山中间低平,上游来水急过水快下游受长江洪水顶托,加之流域内降水充盈极易形成淹没型洪灾,历时长、范围广,为秦淮河流域防汛工作带了巨大压力。因此揭示秦淮河流域水文特征并寻找适合该流域的水文模型成为亟待解决的关键问题,研究结果为今后流域水资源管理和规划、流域调蓄防汛以及农业灌溉提供科学依据和理论支持,具有十分重要的理论和现实意义。气候变量的输入在很大程度上影响模型准确性,近年来水文研究多集中于降水或下垫面数据源对模型的影响研究,而作为主要输入变量之一的流域蒸散发量的研究较少。本文以秦淮河流域为研究区,基于GIS技术和RS技术获取CREST模型所需基础地理信息数据如数字高程模型(DEM)、集水面积图(FAC)、水流方向图(FDR)以及水系图;利用反距离权重插值法(IDW)对秦淮河流域日降水量进行空间插值,后进行精度评价及空间分析;分别采用Blaney-Criddle法、Hargreaves法计算秦淮河流域的日潜在蒸散发量并分析其时空分布特征;最后从多年径流及汛期径流的角度,分析CREST模型对不同蒸散发数据源的敏感性(Blaney-Criddle,Hargreaves,FEWS下载数据),并对CREST模型在秦淮河流域适用性进行评价;得出结论如下所示:(1)反距离权重插值法插值所得秦淮河流域降水量与雨量站实测降水的绝对误差、相对误差较小,两者相关系数较大,且通过了 F检验,反距离权重插值结果可信度较高,能满足下文CREST模型对数据精度要求。秦淮河流域面积较小,各站点的降水量相差不多,空间分布差异较小,基本呈现“北低南高,两边高中间低”的分布特征。(2)Blaney-Criddle法和Hargreaves法计算所得潜在蒸散发与从早期预警和环境监测计划门户网站(FEWS)上下载的潜在蒸散发均能反应该流域蒸散发的变化趋势,其中FEWS数据与Hargreaves数据更为接近。秦淮河流域潜在蒸散发量最高季节为夏季,最低为冬季:年均潜在蒸散发空间分布呈特征呈“西高东低”的梯度变化,最高值出现在西南方,最低值出现在东南方。(3)CREST模型在秦淮河流域有较好的适用性,能相对准确模拟出多年径流和汛期径流的水文特征。FEWS上下载潜在蒸散发数据在模拟多年径流时比Hargreaves法计算潜在蒸散发数据较为理想,后者在模拟汛期径流时比前者更理想,Blaney-Criddle计算数据在多年与汛期径流模拟过程中,效果均较差。这表明FEWS数据适合长期水文过程模拟,而Hargreaves法计算的潜在蒸散发数据则更适用于汛期过程的模拟。总的来说,基于两者的CREST模型模拟效果均较理想,故从节约时间成本和计算成本的角度可以选择FEWS数据作为输入,而从洪水管理的角度考虑则Hargreves更优。(4)潜在蒸散发量空间差异对秦淮河流域CREST模型模拟结果影响较小。将Hargreaves法计算潜在蒸散发以及从FEWS上下载的潜在蒸散发作为CREST模型输入值模拟径流,两种潜在蒸散发数据质量相近,而前者的空间分辨率远高于后者,但模拟结果精度相近且均较高,可能由于在小流域区域——秦淮河流域中,潜在蒸散发量本身空间差异较小,故空间分辨率对CREST模型模拟结果影响甚微。Blaney-Criddle法计算潜在蒸散发作为模型输入值模拟精度略逊于前两者,说明潜在蒸散发数据的估算公式对CREST模型模拟结果精度有一定影响,因而,在秦淮河流域水文模拟中,选择合适的蒸散发量计算公式比单纯提高蒸散发数据的空间分辨率更为重要。此外随着时间尺度的变大,潜在蒸散发的误差对CREST模型的模拟效果的影响减弱。