VIC模型在漳河上游流域的适用性分析

2017-06-21孙慧霞

中华建设科技 2017年4期

【摘要】通过运用VIC模型对漳河上游流域有代表性水文站进行径流模拟，探讨VIC模型在大中型流域的适用性，结果表明：VIC模型在漳河上游流域具有较好的适用性，各站自建站至1986年都具有较好的模拟效果，率定期和检验期Nsc均在70%以上，相对误差控制在2%以内，满足该流域水资源评价与规划要求。

【关键词】漳河上游流域；VIC模型：径流模拟；适用性

Analysis of the VIC model applicability in the upstream of Zhanghe River Basin

Sun Hui-xia

（Gongyi City Reservoir Management CenterGongyiHenan451200）

【Abstract】Through runoff simulation on behalf of the upstream of Zhanghe river basin hydrological station by using VIC model， to investigate the applicability of VIC model in the large and middle scale watershed， the results show that： the VIC model has good applicability in the upstream of Zhanghe River Basin， the station has a good simulation effect site in -1986 years， regular inspection rate and period of Nsc are in the more than 70%， the relative error is controlled within 2%， satisfying the requirement of water resources in the river basin planning and evaluation.

【Key words】The upstream of Zhanghe River；VIC model；Runoff simulation；Applicability

1. 引言

（1）近几年，VIC模型对流域径流模拟已成为热点，如马贺等[1]应用VIC模型对老哈河流域径流模拟；张磊磊等[2]应用VIC模型对三江源地区产汇流模拟；胡彩虹等[3]应用VIC模型对流域径流模拟；金君良等[4]研究VIC模型在西北干旱半干旱地区的应用。本文采用VIC模型对漳河上游流域进行径流模拟，可为漳河上游流域水资源评价与规划提供依据。

（2）深入探讨漳河上游降水径流形成规律，正确把握该区域水资源变化成因，科学预测未来漳河上游水资源变化情况，可为漳河上游水资源的可持續开发利用和生态环境改善提供科学参考，对于促进当地经济持续、稳定和快速发展有十分重大的意义。

2. 研究方法

2.1VIC模型简介

VIC（variable infiltration capacity）模型是由Washington大学、California大学Berkely分校和Princeton大学的研究者基于Wood等人的思想共同研发的一种基于SVATS（Soil Vegetation Atmospheric Transfer Schemes）的大尺度分布式水文模型。基本过程为考虑陆-气间水文收支和能量收支过程、次网格内地面植被类型不均匀性、土壤蓄水能力的空间分布不均匀性、基流退水的非线性和山区地形对降雨和气温的影响[5～6]。VIC模型的参数可分为四类：气象参数、植被参数、土壤参数和水文参数。其中气象参数、植被参数和土壤参数一经率定，在模型运行过程中不再进行微调，而水文参数则需要根据实测的流量来确定。

2.2研究区概况

漳河上游流域在海河流域西南方，流域面积为18284Km2，多年平均降雨量为564.8mm，横跨豫、晋、冀3省4个市的22个县（市、区），流域内支流众多，主要为清漳河和浊漳河。上源可分东西两区，其中东区多为石质山区，山高谷深，岩石裸露，坡陡流急，含沙量少，称清漳河；西区多为山丘和盆地区，盆地内植被覆盖较差，泥沙较多，称浊漳河。漳河上游流域属温带大陆性气候，四季分明，冬春干旱多风，夏季温和多雨，秋季天高气爽，总之，冬天不太冷，夏天不太热。

2.3检验方法。

2.3.1以VIC模型为基础，利用漳河上游流域7个有代表性水文站资料为基础进行模型验证。观台站是漳河流域较早设立的水文测站，在20世纪60、70年代又陆续设立了一些测站进行水文观测。综合考虑资料序列及代表性，本研究选择7个水文站进行流域水文模拟研究。

2.3.2模型参数的率定主要有2个目标函数：Nash-Sutcliffe效率系数（Nsc）和相对误差（Re）。Nsc表示模拟的流量过程和观测的流量过程之间的吻合程度；Re是一个水量平衡指标，反映了模拟总径流和实测总径流之间的相对误差。若Nsc的值越接近1，Re的值越接近0，则表示模拟效果越好。表达式如下：

Nsc=1-Σ（Qobs-Qsim） 2 Σ（Qobs-Q-obs） 2

Re=Rsim-RobsRobs×100%（1）

式中：Qobs和Qsim分别是观测和模拟的流量过程；

Q-obs是观测流量的均值；

Robs和Rsim分别是观测和模拟的总径流量。

3. 模型率定及检验

根据流域内气候变化和人类活动现状，漳河上游流域在20世纪70年代之前受人类活动影响相对较少，而在70年代后期人类活动对河川径流量的影响逐步增加。

3.1径流模拟。

（1）首先采用1970年之前的资料率定模型，模型参数反映了接近天然状况的产流特征。固定模型参数，采用各子流域建站至1986年的降水、气温、日照、风速等资料，模拟各代表站的长系列天然径流量过程，研究分析人类活动对河川径流量的可能影响。图1至图7分别给出了各站1971～1986年实测与模拟的径流量结果图。

（2）从图1至图7可以看出：各站在月径流模拟过程中，模型的模拟值与实测值趋势基本一致，拟合成功。

3.2结果分析。

（1）利用模拟与实测流量，代入公式（1），得出表1结果：

（2）由表1可以看出：（1）VIC模型对漳河上游各站均有较好的模拟效果，率定期和检验前Nsc均在70%以上，相对误差控制基本在2%以内；（2）相比而言，模型对蔡家庄和石梁水文站模拟效果相对较好。

4. 结论

本文通过运用VIC模型对漳河上游流域进行径流模拟，探讨其在漳河上游流域适用性，得到以下主要结论：

（1）模拟径流量与实测径流量的丰枯变化特征较为一致，说明降水决定了流域水资源的多寡及丰枯变化。

（2）模型对前期径流量模拟效果较好，对一些站点后期径流量模拟值明显偏大；由于受到人类活动的影响，使得后期实测径流量明显偏小，这是后期径流量模拟偏高的主要原因。

（3）对漳河上游流域支流站蔡家庄站1971～1986模拟径流量与实测径流量非常吻合，说明这段时期漳河上游支流受人类活动影响轻微。

参考文献

[1]马贺，江善虎，任立良等.VIC模型在老哈河流域径流模拟中的应用[J].水文，2013，33（3）：52～55.

[2]张磊磊，郝振纯等.VIC模型在三江源地区产汇流模拟中的应用[J].水电能源科学，31（1）：18～20.