渭河干流上中游径流模拟及多尺度效应研究

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近些年来黄河中游径流锐减,下垫面条件发生明显变化,但新常态下水文过程的影响机理研究略显不足,缺乏水文过程尺度效应研究,而分布式水文模型为径流模拟的多尺度评价提供新的思路。本文通过构建渭河流域SWAT模型,模拟了2001-2012年渭河干流上中游区域的径流,分析了流域径流的空间异质性特征,解析了影响径流空间分布格局的主要因素,探讨了流域不同尺度上水文过程的尺度阈值分析,并通过情景设计评估了气温、降水与退耕还林措施等对径流影响的尺度效应。本文得出结论有以下几点:(1)根据SWAT模型,将渭河干流上中游区域设为研究区,构建流域的径流模型。建模结果表明,验证期径流实测值与模拟计算值拟合度高,NS、R~2多维持在0.8以上,表明SWAT模型适合揭示研究区径流状况。(2)根据最小汇水面积划分不同的空间尺度,从8000到50000 ha分9个级别划分子流域,发现当汇水面积阈值达到10000 ha时,SWAT模拟径流计算结果NS达到最高值0.85。研究区2001-2012年产水量以上升趋势为主,产水年际空间分布整体特征是以东南向西北递减趋势为主。通过地理探测器对SWAT径流模拟输出的结果定量分析发现,对产水量空间分布影响最大的是降水因子,自然因素比人类活动因素贡献更多。(3)多站点嵌套流域尺度模拟情况下,SWAT更适用于中尺度水文模拟,即中尺度北道水文站控制流域面积模拟效果最好,NS值达到0.67,流域面积扩大到大尺度咸阳水文站控制流域时,模拟效果降低。因子探测作用显示随着流域面积的增加,降水对产水量空间分布格局的影响解释力不断增加。交互作用探测显示大尺度咸阳站控制流域降水与其他因子的交互作用对产水量空间分布格局影响力最大。(4)通过将不同的降水气温数据和土地利用变化数据设成14种不同的情景方式,分析不同尺度下各种情景模拟的径流响应情况。所有空间尺度上,降雨对径流的影响大于气温,退耕还草对径流的影响大于退耕还林。相对于其他尺度的流域,大尺度流域径流对降水增减的响应比其他情景更为明显,其次是坡度>25°上退耕还草对径流的影响较为明显。
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