乌鲁木齐河源区冰川径流模拟试验研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:lvyuxuan36520091
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冰川融水径流是干旱内陆河流域十分宝贵的淡水资源,其在不同时间尺度上的波动势必导致以冰雪融水补给为主的河流水量的丰枯变化。冰川水资源是地球上水资源的重要组成部分,大约占了淡水资源的4/5;地球陆地11%被冰川覆盖,尽管世界上大部分冰川分布于人迹罕至地区,但是冰川形成的资源、导致的灾害以及它所构成的环境和指示的气候变化信息已经引起了人们极大的关注(施雅风,1998)。随着全球变暖的影响,我国西部冰川普遍出现后退和萎缩,将对我过西部高寒区生态环境产生重要影响。全球气候变暖已是不争事实,在气候变化的诸多要素中,气温和降水是影环境与人类的最直接的要素。深入开展在气候变暖背景下,我国西部流域冰川融水径流的变化以及对径流的影响与机理研究,已是当今水科学的热点领域之一。寒区水文模型对于我们认识寒区水文过程具有重要意义。冰川径流的产汇流过程及机理是冰川水文模拟研究的核心问题。考虑到研究区属于典型寒区,径流属于冰雪和降水混合补给类型,并且冰雪融水所占比例较大,故模型必须具有对寒区水文过程模拟的能力,特别是对冰川融水的模拟和雨雪分类的处理,并且在其它寒区进行过检验。在现有的水文模型中,消融系数方法和气象要素回归模型方法计算的冰雪消融物理机制不够明确。能量平衡方法的物理机制很清楚,但对观测数据要求较高,在山区中很难满足模型的数据要求。因此本文采用具有一定物理基础,对输入数据要求较低的度日因子法计算冰川日径流,结合HBV模型对乌鲁木齐河源区的日径流进行模拟研究。本研究基于第一次中国冰川编目的冰川分布矢量数据与30m分辨率的数字高程模型(DEM)为基础,以国家气象台站的日降水与日气温资料为驱动数据,对乌鲁木齐河源区冰川日径流进行模拟研究。在考虑度日因子和面积变化的基础上模拟了1980-2006年流域的径流深,土壤蒸散发;依据水量平衡原理,得到了流域冰川物质平衡和冰川体积变化序列,同时对比验证了模型的模拟效果。通过以上试验研究,获得以下结论:1.为了研究不同海拔高度带间隔的划分对模拟结果的影响,本研究分别采用100m和200m的海拔间隔把冰川区和非冰川区分为8个和4个高度带,每个高度带按降水梯度和温度垂直递减率进行降水和温度插值。对比模拟结果,发现两种分带间隔效率系数Reff同为0.52;相关系数R2在100m分带为0.70略高于200m分带的0.69;相对误差RE也基本相同。这说明划分高度带并不是间隔越小越好,在一定情况下对海拔高度带较粗略的划分也可以得到同样好的模拟效果,对模拟结果影响不大。2.冰川面积变化对冰川径流势必产生一定影响,以往的研究往往将冰川面积视为一个常数,采用固定的冰川面积进行冰川径流模拟,这样会产生一定误差,造成模拟的径流比实际偏大。对面积调整后水量模拟得到了改善,用1980年面积模拟2006年的径流深和考虑冰川面积后用2006年的面积模拟2006年的径流深对比,后者明显减小,减少量达到累积径流深的15%。1980-2006年,按1980面积进行计算的径流深比实际多出7%。这说明,在较长时间尺度上冰川面积变化对冰川融水的影响在模型模拟中是不可忽略的。在较长时间尺度上的模拟研究可考虑将冰川面积视为变量逐年更新以提高模拟精度。3.对冰川体积变化的模拟结果显示:自1980年至2006年的26年间,天山乌鲁木齐源区1号冰川体积在波动中减少,总共减少了2.1×107立方米,反映了流域较为强烈的物质亏损情况。1980至2006年间,若不考虑面积变化,平均3%左右的累积体积变化被高估。由于冰川面积的变化,长期的冰川物质平衡(mm)并不能真实反映冰川体积的变化,建议长期冰川变化中用累计冰川体积变化表示,可能更为准确。4.冰川径流模拟的精度直接影响到流域水量平衡和水文过程,对乌鲁木齐河源区不同冰川面积覆盖下采用度日方法结合HBV模型对冰川径流模拟的模拟精度研究发现:1号冰川断面冰川径流模拟精度要普遍高于总控断面以上冰川径流的模拟精度,存在一定的时空差异性。从空间上分析,冰川区冰川面积覆盖率越大,模型对冰川消融的模拟精度越高,由于1号冰川断面区面积占研究区总面积的51%,而总控断面以上冰川区面积约占研究区总面积的19.4%,因此,在模拟的精度上产生了一定差异,模型对冰川消融的模拟精度很大程度上影响了模型对径流的模拟精度。从时间上分析,流域内冰川的度日因子随着时间发生变化。度日因子的年际变化对冰川径流模拟结果影响很大,采用统一的度日因子只能代表流域的一般状况。而采用按照实测物质平衡获得的年度日因子对径流进行模拟,可以有效提高模型的模拟精度,因此,为提高度日因子模型对冰川径流的模拟精度,今后有必要进一步研究度日因子的变化规律。5.模型在冰川径流模拟中没有详细考虑研究区地貌及水文地质条件的差异,对于冰川融水径流的增加,也不可避免的存在一些人为因素的干扰。这些问题的存在提示我们如果要精确的模拟再现冰川融水径流,需要更为精确的物理模型。模型中的土壤模块是整个模型的核心组成部分,而模型本身就是一个复杂事物的简化呈现。在概化的过程中,不可避免的会忽略一些客观因素,比如冰川区宏观地质地貌条件的控制作用以及微观到冰面蒸散发以及土壤含水量的精确性。
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