邁爾丹江·米吉提

(新疆維吾爾自治區(qū)喀什水文水資源勘測局，新疆喀什844000)

隨著地理信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，可充分考慮流域下墊面及氣候條件變化的分布式水文模型逐漸被國內(nèi)外許多學(xué)者運(yùn)用于流域水文模擬研究，并取得一定的研究成果[[1]-[3]]。美國開發(fā)的分布式水文模型 SWAT 模型由于其數(shù)據(jù)易收集及模型原理簡單的特點(diǎn)，在我國許多流域徑流模擬得到應(yīng)用[[4]-[6]]，特別是該模型可模擬寒區(qū)的融雪徑流，在我國許多寒區(qū)的融雪徑流模擬得到推廣和應(yīng)用[[7]-[9]]。而 SWAT 模型在新疆葉爾羌流域水文模擬應(yīng)用較少，特別是對(duì)其融雪徑流模擬的研究更少，因此，本文選用分布式水文模型SWAT模型定量模擬葉爾羌流域的徑流，并分析其在葉爾羌流域的適用性，通過設(shè)定2種氣候變化情景模式，定量分析氣候變化情景模式對(duì)葉爾羌流域的徑流影響。研究成果對(duì)于新疆葉爾羌流域水文模擬和預(yù)測提供參考價(jià)值。

1 研究方法

SWAT模型采用SCS降雨-徑流模型來計(jì)算流域的徑流量，SCS降雨徑流方程為:

式中:Qsurf為徑流量，mm;P為降雨總量，mm;Ⅰa為流域初損，mm，即產(chǎn)生地表徑流之前的降雨損失;S為流域當(dāng)時(shí)的可能最大滯留量，mm。

在上述公式中，S在空間上是分布不均勻的，與流域土壤類型、土地利用類型、植被管理措施以及流域坡度相關(guān)，并且在時(shí)間上隨著土壤含水量變化而變化，模型中S的計(jì)算方程為:

其中CN值為反映前期流域特征的一個(gè)綜合參數(shù)，CN值將流域土地利用類型、土壤類型以及土壤濕度等要素綜合在一起。此外，SWAT模型還引入融雪徑流方程進(jìn)行流域融雪徑流計(jì)算，考慮文章篇幅，SWAT模型具體模擬原理，可詳見參考文獻(xiàn)[6]。

2 研究區(qū)域概況及資料準(zhǔn)備

2.1 研究區(qū)域概況

葉爾羌河全長996 km，流經(jīng)新疆喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、和田地區(qū)和阿克蘇地區(qū)。葉爾羌河最大年徑流為9.55×109m3，最小徑流量為4.47×109m3，卡群站是葉爾羌河的出山口水量控制站，集水面積為5.02×108km2，地理位置位于東經(jīng)76°54'，北緯37°59'，該站多年平均降水量為100～150 mm。

2.2 模型資料準(zhǔn)備

SWAT模型需要輸入的數(shù)據(jù)有:(1)DEM數(shù)據(jù)，下載于國際空間數(shù)據(jù)共享平臺(tái)提供的全球分辨率為90 s的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合研究區(qū)域邊界獲取研究流域的DEM數(shù)據(jù);(2)土地利用類型數(shù)據(jù)，下載于中科院地理所提供的2 000 s全國1 km×1 km土地利用數(shù)據(jù)，運(yùn)用流域邊界獲取研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù);(3)土壤類型數(shù)據(jù)，下載于中科院南京土壤所提供的全國1:4 000 000土壤類型數(shù)據(jù)，并運(yùn)用流域邊界獲取了研究區(qū)域的土壤類型數(shù)據(jù)，其中土壤物理屬性數(shù)據(jù)收集于當(dāng)?shù)赝寥乐?(4)水文數(shù)據(jù)，收集卡群水文站2000-2010年水文數(shù)據(jù);(5)氣象數(shù)據(jù):收集流域內(nèi)喀什氣象站2000-2010年氣象要素?cái)?shù)據(jù)，包括最低、最高氣溫、日平均氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽輻射以及日照時(shí)數(shù)。

3 模型應(yīng)用

3.1 模型的參數(shù)率定和驗(yàn)證

表1 SWAT模型參數(shù)率定成果表

表2 SWAT模型徑流模擬成果表

基于卡群水文站2000-2010年水文數(shù)據(jù)，基于模型輸入資料，對(duì)SWAT模型進(jìn)行參數(shù)率定和驗(yàn)證，模型模擬結(jié)果見表1、表2和圖1。

表2中可以看出，SWAT模型在葉爾羌河流域徑流模擬具有較好的精度，模擬的徑流深相對(duì)誤差均在8%以內(nèi)，確定性系數(shù)達(dá)到0.75以上，滿足流域徑流模擬的精度規(guī)范要求(徑流深相對(duì)誤差小于10%，確定性系數(shù)達(dá)到0.7以上)，SWAT模型在葉爾羌河流域徑流模擬具有較好的適用性，從圖1中代表年份流量過程模擬和實(shí)測流量比較可以看出，SWAT模型模擬的流量過程與實(shí)測流量也具有較好的吻合度，特別是在3-5月份，葉爾羌河流域融雪徑流過程開始時(shí)期，SWAT模型模擬的這一階段的流量和實(shí)測流量也具有較好的吻合度，可見，SWAT模型在葉爾羌河流域具有較好的適用性，可以用來模擬研究流域的融雪徑流。

3.2 氣候變化情景模式對(duì)葉爾羌流域徑流影響分析

利用SWAT模型，通過設(shè)定2種氣候變化情景模式(見表3)，模擬代表年份2006年氣候變化情景模式改變前后流域徑流量變化，從而定量分析不同氣候變化情景模式對(duì)葉爾羌河流域水土流失的影響，結(jié)果見表4。

圖1 代表年份模擬流量與實(shí)測流量過程對(duì)比圖

表3 氣候變化情景方案

表4 氣候變化情景模式下徑流影響

從表4中可以看出，在氣候變化情景模式Ⅰ中，降水量不變化，氣溫升高2℃，其相應(yīng)徑流增加6.28%，這主要是因?yàn)闅鉁厣?，流域融雪徑流量增加。而在氣候變化情景模式ⅠⅠ中，氣溫不變，降水增?%，徑流量增加9.50%，同樣水量平衡方程來說，降水量增加，使得流域徑流量相應(yīng)增加。

4 結(jié)語

本文定量分析了分布式水文模型SWAT模型在新疆葉爾羌流域的適用性，并設(shè)定2種氣候變化情景模式，定量分析不同氣候變化情景模式對(duì)研究流域的徑流影響，研究取得以下結(jié)論:

(1)SWAT模型在新疆葉爾羌河流域徑流模擬具有較好的適用性，模擬的徑流深相對(duì)誤差小于8%，確定性系數(shù)達(dá)到0.75以上，滿足流域徑流模擬的規(guī)范要求;

(2)降水量不變，氣溫升高2℃，葉爾羌河流域徑流相應(yīng)增加6.28%，氣溫不變，降水量增加，葉爾羌河流域徑流量相應(yīng)增加9.50%。

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