關(guān)明皓
(遼寧省沈陽(yáng)水文局,遼寧沈陽(yáng)110046)
SRM模型在大凌河流域融雪徑流模擬中的運(yùn)用研究
關(guān)明皓
(遼寧省沈陽(yáng)水文局,遼寧沈陽(yáng)110046)
根據(jù)大凌河冬季融雪徑流的特點(diǎn),運(yùn)用SRM模型模擬大凌河流域的融雪徑流,分析該模型在大凌河流域融雪徑流模擬的適用性。此外,設(shè)定2種氣溫變化情景模式(氣溫升高2℃和降低2℃),定量分析不同氣溫變化對(duì)流域融雪徑流的影響。研究結(jié)果表明:SRM模型在大凌河流域的融雪徑流模擬精度較高,模擬的徑流深相對(duì)誤差小于10%,確定性系數(shù)達(dá)到0.85以上;氣溫升高2℃,大凌河融雪徑流增加17.7%,氣溫降低2℃,大凌河融雪徑流相應(yīng)減少12.1%。研究成果對(duì)大凌河流域的融雪徑流模擬及氣候變化下對(duì)流域融雪徑流影響定量分析具有參考價(jià)值。
SRM模型;融雪徑流模擬;氣溫變化情景模式;大凌河流域
大凌河流域主要位于遼寧西部地區(qū),冬季時(shí)間長(zhǎng)、寒冷易結(jié)冰,而進(jìn)入春季后,隨著天氣轉(zhuǎn)暖,流域內(nèi)的河流開(kāi)始融化。對(duì)大凌河流域來(lái)說(shuō),冬季融雪徑流占據(jù)全年徑流比重較大,為50%~60%。因此這一地區(qū)的水文模擬必須考慮融雪徑流的影響。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行過(guò)融雪徑流的模擬,也研究出許多模型。例如SWAT模型[1],VIC模型[2]以及SRM模型[3],相比SWAT模型和VIC模型,SRM計(jì)算原理簡(jiǎn)單,需求的數(shù)據(jù)資料較少,近些年來(lái),被國(guó)內(nèi)學(xué)者廣泛用于融雪徑流模擬和氣候變化情景對(duì)流域融雪徑流影響研究中,并在一些流域內(nèi)取得一定的研究成果。劉文[4]運(yùn)用SRM模型模擬塔什庫(kù)爾干河流域融雪徑流,研究結(jié)果表明SRM適合于塔什庫(kù)爾干河流域融雪徑流模擬,且模擬原理簡(jiǎn)單。于海鳴[5]成功運(yùn)用該模型模擬了新疆地區(qū)春季融雪設(shè)計(jì)洪水量和過(guò)程。李弘毅[6]運(yùn)用SRM模型模擬了黑河流域的融雪徑流,模型模擬的融雪徑流和實(shí)測(cè)值擬合度非常高。張璞[7]在瑪納斯河流域春季洪水預(yù)警計(jì)算中成功使用SRM模型模擬了春季融雪引發(fā)的洪水。懷保娟[8]運(yùn)用SRM模型模擬了烏魯木齊河源區(qū)的融雪徑流,取得較好的模擬精度??梢?jiàn),SRM模型在我國(guó)許多流域融雪徑流模擬中得到了具體運(yùn)用,但該模型在遼寧西部寒冷地區(qū)運(yùn)用較少,為此,結(jié)合大凌河流域融雪徑流模擬的需求,引入SRM模型模擬大凌河流域的融雪徑流,并通過(guò)設(shè)定2種氣溫變化情景模式,定量分析不同情景模式對(duì)大凌河流域融雪徑流的影響。研究成果對(duì)于大凌河流域融雪徑流模擬模型選擇和定量分析氣候變化對(duì)大凌河流域融雪徑流影響具有參考價(jià)值。
式中:Q—每天的融雪徑流量,m3/s;CS—每天的融雪徑流系數(shù),無(wú)量綱;CR—每天的降水產(chǎn)生的徑流系數(shù),無(wú)量綱;a—融雪度日因子,物理意義為每天融雪度日因子所能消耗的融雪深度,cm·℃-1d-1;T—融雪度日因子數(shù),物理意義為溫度直減率在不同高程進(jìn)行溫度插值后度日數(shù)的修正值,℃-1d;S—積雪覆蓋和整個(gè)流域面積的比,無(wú)量綱;P—流域內(nèi)的降水量,cm;A—流域集水面積,km2;k—流域退水系數(shù),無(wú)量綱;n—計(jì)算時(shí)段數(shù)。
SRM計(jì)算原理簡(jiǎn)單,其融雪徑流模擬主要將每天的融雪量和降水所產(chǎn)生的水量進(jìn)行疊加,疊加后累計(jì)到模型計(jì)算的退水水量上,從而獲得流域每日的融雪徑流量,SRM模型計(jì)算公式為:
2.1研究區(qū)域概況
大凌河發(fā)源于遼寧省建昌縣要路溝鄉(xiāng)要路溝村大黑山(海拔853.9m)北麓的水泉溝,流經(jīng)遼寧省建昌縣、喀喇沁左翼蒙古族自治縣、朝陽(yáng)縣、龍城區(qū)、雙塔區(qū)、北票市、義縣、凌海市、盤山縣,于遼寧省盤山縣東郭鎮(zhèn)南井子村入渤海。流域面積23235km2,河流長(zhǎng)度453km,其中遼寧省境內(nèi)19989km2。河道平均比降為0.81‰,多年平均年降水量487.2mm,多年平均年徑流深76.6mm。本文以大凌河大城子水文站以上集水區(qū)域?yàn)檠芯苛饔颍畢^(qū)域面積為5029km2,研究流域如圖1所示。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,研究流域融雪徑流占全年徑流量的43%。
圖1流域圖
2.2融雪徑流模擬
基于大城子水文站2001~2010年水文數(shù)據(jù)以及朝陽(yáng)氣象站2001~2010年氣溫?cái)?shù)據(jù),運(yùn)用SRM模型模擬了大凌河大城子以上集水區(qū)域的融雪徑流,模擬成果見(jiàn)表1、表2,如圖2所示。
表1SRM融雪徑流模型參數(shù)率定成果
表2SRM融雪徑流模徑流模擬成果
圖2代表年份SRM融雪徑流模擬過(guò)程與實(shí)測(cè)值對(duì)比
從表2中可以看出,SRM模型在大凌河流域融雪徑流具有較好的模擬精度,2001~2010年模擬的徑流深相對(duì)誤差均在10%以下,確定性系數(shù)達(dá)到0.85,滿足模型模擬的精度要求,模擬的徑流深相對(duì)誤差低于10%,確定性系數(shù)達(dá)到0.7以上。SRM模型適合于大凌河流域的融雪徑流模擬。從圖2中也可以看出,SRM模擬的融雪徑流過(guò)程和實(shí)測(cè)融雪徑流過(guò)程也相吻合,大凌河流域融雪徑流主要集中在春季即2~5月,這3個(gè)月的SRM模型融雪徑流過(guò)程和實(shí)測(cè)的徑流過(guò)程吻合度均較高,可見(jiàn),SRM模型在大凌河流域的融雪徑流模擬具有較好的模擬精度,適合于大凌河流域的融雪徑流模擬,并可運(yùn)用于氣溫變化對(duì)流域融雪徑流影響的模擬。
2.3氣溫變化對(duì)流域融雪徑流影響
設(shè)定2種氣溫變化情景模式,分別為氣溫升高2℃和降低2℃,選定代表年份2006年,運(yùn)用SRM模型模擬氣溫變化前后融雪徑流量的改變量和改變率,結(jié)果見(jiàn)表3。
表3不同氣溫變化對(duì)流域徑流的影響
從表3中可以看出,氣溫降低2℃,大凌河2006年的徑流深相比于氣溫變化前,徑流深減少2.6mm,徑流深的變化率為-12.1%,這主要是氣溫降低2℃,使得融雪量相應(yīng)減少,而由融雪量轉(zhuǎn)化成的徑流深相應(yīng)減少,因此在大凌河平均氣溫降低2℃,徑流深相比于氣溫變化前,相應(yīng)減少。而同樣可以看出在氣溫升高2℃后,大凌河代表年份2006年徑流深相比于變化前,其徑流深增加3.8mm,徑流深變化率為+17.7??梢?jiàn),氣溫升高,流域的融雪徑流深相應(yīng)增加。這主要是因?yàn)闅鉁厣吆?,使得融雪量相?yīng)增加,而融雪量的增加,勢(shì)必使得轉(zhuǎn)化的融雪徑流深增加。因此,在大凌河流域平均氣溫升高2℃的情景模式下,大凌河流域的融雪徑流相應(yīng)增加17.7%。
本文針對(duì)遼寧西部大凌河流域融雪徑流的特點(diǎn),運(yùn)用SRM模型模擬大凌河流域的融雪徑流,分析該模型在大凌河流域融雪徑流的適用性,并定量分析不同氣溫變化情景模式對(duì)流域融雪徑流的影響。研究取得以下結(jié)論:
(1)SRM計(jì)算原理簡(jiǎn)單,需求數(shù)據(jù)較少,適合于大凌河流域融雪徑流模擬,模型模擬的徑流深相對(duì)誤差小于10%,確定性系數(shù)可達(dá)到0.85以上,滿足流域融雪徑流模擬的規(guī)范要求,模擬徑流深相對(duì)誤差小于10%,確定性系數(shù)達(dá)到0.7以上。
(2)氣溫降低2℃,使得流域融雪量減少,造成大凌河流域在氣溫變化前后,徑流深減少,變化率為-12.1%。
(3)氣溫升高2℃,使得流域融雪量增加,從而使轉(zhuǎn)化的徑流深相應(yīng)增加,造成大凌河流域在氣溫升高后,融雪徑流深增加3.8mm,變化率為+17.7%,徑流深變化明顯。
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1008-1305(2016)03-0067-03
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2016-04-01
關(guān)明皓(1978年—),男,工程師。