孫號茗

(內(nèi)蒙古赤峰市赤峰農(nóng)牧學校，內(nèi)蒙古 024000)

濕潤地區(qū)旱澇災害預測模型研究

孫號茗

(內(nèi)蒙古赤峰市赤峰農(nóng)牧學校，內(nèi)蒙古 024000)

我國地域遼闊地質(zhì)、氣候類型豐富多樣，其中，根據(jù)降水量和蒸發(fā)量綜合可劃分為半濕潤、濕潤、半干旱和干旱地區(qū)這四種大地域分類，各地區(qū)具有各自的氣候特點，因此也容易遭受到不同的氣候災害影響。本文主要分析了我國濕潤地區(qū)的大尺度分布式概念水文模型VIC對旱澇災害建模預防測方面應用研究。

濕潤地區(qū) 旱澇災害 VIC模型 災害預測

一、前言

在眾多的自然資源中，水資源是最原始、最根本、最重要一種，是一切自然生物的基本命源、是人類生存和社會發(fā)展重要支撐。然而，隨著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展和自然破壞活動增加，全球水問題和災害隨之頻發(fā)，旱澇災害尤為突出。這就使得人們要采取一定的措施進行預測和預防，采用 VIC模型預測是其中應用最多的一種。

二、VIC模型的概述

1.VIC模型簡述

分布式水文模型的運作原理是通過利用水循環(huán)動力學機制來表述整個流域水文狀態(tài)物理模型，把水介質(zhì)移動的物理性質(zhì)參數(shù)作為模型運行的數(shù)據(jù)能夠提高流域下墊面變化后匯流規(guī)律的計算精確性。

與其他一般概念性模型不同，VIC模型對各個流域的水文循環(huán)描述采用的是微分式方程式表達方法，注重各項參數(shù)和量變之間的關(guān)聯(lián)，模擬水量和能量運行，能夠較為真實地展示流域降水和徑流形成的過程。因此，VIC模型應用具有較高精確性、直觀性，能夠?qū)Φ貐^(qū)的旱澇情況做一個真實性高模擬，另外在地質(zhì)、水文、氣候等其他方面環(huán)境模擬方面廣泛運用。

2.VIC模型的基本結(jié)構(gòu)

從對各項參數(shù)的精性和模擬運行過程嚴密性要去可看出，VIC模型結(jié)構(gòu)相對較復雜，它由多個具有不同功能設(shè)定相互獨立子系統(tǒng)構(gòu)成，各個子系統(tǒng)負責對水文各個循環(huán)子情況進行數(shù)學描述。在模塊上，它通常包含一維層輻射傳輸、蒸散發(fā)、降水冠層截留、融雪、水流模擬等以及二維表面漫流、地下水流模擬和灌溉等比較全面的演示模塊，還有對土壤侵蝕狀況以及水質(zhì)情況做模擬一維和三位包氣帶內(nèi)溶質(zhì)運動和發(fā)生化學反應過程模塊。這些模塊平時相互獨立分離，但在模擬過程中跟隨水循環(huán)運動相互緊密聯(lián)系，形成一個全面模擬動態(tài)描述。

3.VIC模型的模擬運行方法

VIC運行模擬，各個子系統(tǒng)工作把各個水文循環(huán)子情況描述結(jié)合起來，利用空氣動力學的能量平衡原理，采用微積分公式進行計算，并計算土壤內(nèi)水分和熱量轉(zhuǎn)移以及被土壤內(nèi)植物根系吸收的量，二者結(jié)合計算出最終值，從而預測出該地區(qū)的旱澇情況。此外，對坡度較大地區(qū)或低洼地區(qū)等非常規(guī)地形地域進行模擬計算時，則應根據(jù)實際坡度和坡向采用適合的方程式來計算。

VIC模型的能量平衡計算包含了感熱通量、地表溫度、潛熱通量以及熱變化等幾個主要部分計算，通常地表溫度決定了其他三項量值，而潛熱通量能夠連接水量和能量平衡。預期狀態(tài)下，VIC能量平衡計算公式如下：

Rn=H+pwleE+G

其中，Rn為凈輻射，H為感熱通量，pw為水密度，le為水的蒸發(fā)潛熱，pwleE為水潛熱通量，E為總體蒸發(fā)量，G為地表熱通量。

三、我國濕潤地區(qū)的旱澇災害概述

1.濕潤地區(qū)概述

我國濕潤地區(qū)地理分布主要在熱帶和亞熱帶地區(qū)，地形主要為平原、丘陵以及低山等。標準降水量是800mm以上，干燥度在1.0以下；該地區(qū)通常降水量多、蒸發(fā)量少，形成一種長期空氣濕度較大氣候環(huán)境，該地區(qū)對應種植主要是種類不一的常綠闊葉林植被，農(nóng)業(yè)方面多為以水稻為主要代表水田種植；在地里位置上主要分布在秦嶺淮河以南的南方地區(qū)，另外東北三省東北部因瀕臨渤海，能夠接受到來自渤海甚至北冰洋等大量潮濕水汽，加上長期冰雪覆蓋下水汽蒸發(fā)量小，因此也屬于濕潤地區(qū)。

2.濕潤地區(qū)旱澇災害形成的原因

我國濕潤地區(qū)多處于季風氣候區(qū)，主要受到南部印度洋海面的西南季風以及東部西太平洋海面東南熱帶東南季風影響，降水量豐富，整體上雨季時間長，具體上主要根據(jù)季節(jié)或年計變化。在春季，尤其是梅雨季節(jié)，南方地區(qū)空氣長期濕潤；到夏季，在強勁的氣候風力下，北方形成大量降雨，造成南旱北澇；到冬季造成北旱南澇。因此，季風氣候是我國濕潤地區(qū)旱澇災害形成主要原因；此外，工業(yè)化進程加劇造成溫室效應以及森林濫砍濫伐造成覆蓋率降低等都是其形成原因。

3.濕潤地區(qū)旱澇災害的危害

自古以來，我國對旱澇災害記載很多，隨著人類對自然改造和破壞加劇，此類自然災害發(fā)生更是有所增加，對自然環(huán)境和人類生產(chǎn)都造成重大危害。如農(nóng)業(yè)種植、工業(yè)生產(chǎn)以及人類正常生活活動等各個方面。例如，1998年我國濕潤地區(qū)的長江流域發(fā)生特大洪澇災害，造成了受災地區(qū)不可估計生命財產(chǎn)損失。

四、VIC模型在濕潤地區(qū)旱澇災害預測上的應用研究

1.確定VIC模型參數(shù)

在VIC模型應用到濕潤地區(qū)的旱澇預測中，首先要確定應用模擬的計算參數(shù)，本文主要采用的是植被和土壤這兩個方面的參數(shù)。

陸地表面覆蓋著無數(shù)種類型的植被，而每一種類型的植被自身都是對水循環(huán)特征的直接體現(xiàn)，因此要確定的參數(shù)分別有：葉面積指數(shù)、反照率、結(jié)構(gòu)阻抗、氣孔阻抗以及根系占據(jù)的土壤比例等等，在實際模擬操作中，根據(jù)不同種類這些具體參數(shù)進行模擬計算。

而在 VIC模型土壤參數(shù)確定中，土壤的飽和水勢、飽和體積含水量以及飽和水力穿導度等都是重點確定對象，另外還要考慮到不同區(qū)域土壤的含砂、含粘土量土質(zhì)類型。

2.VIC模型基于各項參數(shù)的運行

在對中國濕潤地區(qū)進行 VIC模型旱澇數(shù)據(jù)模擬預測時，把各項確定的參數(shù)文件和輸入、輸出文件通過相匹配的方程式進行運算。例如，采用Rosenbrock方法進行水量平衡發(fā)面的模擬計算，把對各個方向的搜索聯(lián)系形成一個系統(tǒng)，并在搜索中不斷加以改善，當所有搜索完成并算出了最小函數(shù)值時，再進行二維迭代運算；這種算法憑借要求低、步驟少的優(yōu)點得到了較多的采用。

3.分析模擬結(jié)果

通過以上一些列的確定和運算過程，VIC模型運行最終運算出地域河流的徑流量、植被覆蓋含水量、土壤內(nèi)的水分含量等各項數(shù)據(jù)，通過綜合計算得出一個較為精準的計算結(jié)果，將最終運算出的函數(shù)值分別與設(shè)定下的洪澇和干旱一般基數(shù)相比較，即整體地反應了我國濕潤地區(qū)水量的大致情況，形成初步的旱澇情況預測和判斷依據(jù)。

五、結(jié)束語

歷史以來，我國就一直受到各類自然災害的侵襲，尤其在濕潤地區(qū)旱澇災害最為嚴重，給人民生命財產(chǎn)帶來損失，因此，抗旱排澇的方法研究也成為了我國一直以來抵御自然災害的重要課題。其中，模型預測研究是近年來使用的比較多的、效果比較好的一種旱澇災害抵御防治的方法，因為其采用是精確數(shù)字的研究描述，因此較為科學有效，在實際運用中也取得了一定成果。在此基礎(chǔ)上，我們應該繼續(xù)不斷地加以更深入更精準化的研究，為減少我國旱澇災害發(fā)生做更大貢獻。

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