VIC模型在漳河上游流域的適用性分析

【摘要】通過(guò)運(yùn)用VIC模型對(duì)漳河上游流域有代表性水文站進(jìn)行徑流模擬，探討VIC模型在大中型流域的適用性，結(jié)果表明：VIC模型在漳河上游流域具有較好的適用性，各站自建站至1986年都具有較好的模擬效果，率定期和檢驗(yàn)期Nsc均在70%以上，相對(duì)誤差控制在2%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足該流域水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃要求。

【關(guān)鍵詞】漳河上游流域；VIC模型：徑流模擬；適用性

Analysis of the VIC model applicability in the upstream of Zhanghe River Basin

Sun Hui-xia

（Gongyi City Reservoir Management CenterGongyiHenan451200）

【Abstract】Through runoff simulation on behalf of the upstream of Zhanghe river basin hydrological station by using VIC model， to investigate the applicability of VIC model in the large and middle scale watershed， the results show that： the VIC model has good applicability in the upstream of Zhanghe River Basin， the station has a good simulation effect site in -1986 years， regular inspection rate and period of Nsc are in the more than 70%， the relative error is controlled within 2%， satisfying the requirement of water resources in the river basin planning and evaluation.

【Key words】The upstream of Zhanghe River；VIC model；Runoff simulation；Applicability

1. 引言

（1）近幾年，VIC模型對(duì)流域徑流模擬已成為熱點(diǎn)，如馬賀等[1]應(yīng)用VIC模型對(duì)老哈河流域徑流模擬；張磊磊等[2]應(yīng)用VIC模型對(duì)三江源地區(qū)產(chǎn)匯流模擬；胡彩虹等[3]應(yīng)用VIC模型對(duì)流域徑流模擬；金君良等[4]研究VIC模型在西北干旱半干旱地區(qū)的應(yīng)用。本文采用VIC模型對(duì)漳河上游流域進(jìn)行徑流模擬，可為漳河上游流域水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃提供依據(jù)。

（2）深入探討漳河上游降水徑流形成規(guī)律，正確把握該區(qū)域水資源變化成因，科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)漳河上游水資源變化情況，可為漳河上游水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境改善提供科學(xué)參考，對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定和快速發(fā)展有十分重大的意義。

2. 研究方法

2.1VIC模型簡(jiǎn)介

VIC（variable infiltration capacity）模型是由Washington大學(xué)、California大學(xué)Berkely分校和Princeton大學(xué)的研究者基于Wood等人的思想共同研發(fā)的一種基于SVATS（Soil Vegetation Atmospheric Transfer Schemes）的大尺度分布式水文模型。基本過(guò)程為考慮陸-氣間水文收支和能量收支過(guò)程、次網(wǎng)格內(nèi)地面植被類(lèi)型不均勻性、土壤蓄水能力的空間分布不均勻性、基流退水的非線(xiàn)性和山區(qū)地形對(duì)降雨和氣溫的影響[5～6]。VIC模型的參數(shù)可分為四類(lèi)：氣象參數(shù)、植被參數(shù)、土壤參數(shù)和水文參數(shù)。其中氣象參數(shù)、植被參數(shù)和土壤參數(shù)一經(jīng)率定，在模型運(yùn)行過(guò)程中不再進(jìn)行微調(diào)，而水文參數(shù)則需要根據(jù)實(shí)測(cè)的流量來(lái)確定。

2.2研究區(qū)概況

漳河上游流域在海河流域西南方，流域面積為18284Km2，多年平均降雨量為564.8mm，橫跨豫、晉、冀3省4個(gè)市的22個(gè)縣（市、區(qū)），流域內(nèi)支流眾多，主要為清漳河和濁漳河。上源可分東西兩區(qū)，其中東區(qū)多為石質(zhì)山區(qū)，山高谷深，巖石裸露，坡陡流急，含沙量少，稱(chēng)清漳河；西區(qū)多為山丘和盆地區(qū)，盆地內(nèi)植被覆蓋較差，泥沙較多，稱(chēng)濁漳河。漳河上游流域?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍募痉置鳎焊珊刀囡L(fēng)，夏季溫和多雨，秋季天高氣爽，總之，冬天不太冷，夏天不太熱。

2.3檢驗(yàn)方法。

2.3.1以VIC模型為基礎(chǔ)，利用漳河上游流域7個(gè)有代表性水文站資料為基礎(chǔ)進(jìn)行模型驗(yàn)證。 觀臺(tái)站是漳河流域較早設(shè)立的水文測(cè)站，在20世紀(jì)60、70年代又陸續(xù)設(shè)立了一些測(cè)站進(jìn)行水文觀測(cè)。綜合考慮資料序列及代表性，本研究選擇7個(gè)水文站進(jìn)行流域水文模擬研究。

2.3.2模型參數(shù)的率定主要有2個(gè)目標(biāo)函數(shù)：Nash-Sutcliffe效率系數(shù)（Nsc）和相對(duì)誤差（Re）。Nsc表示模擬的流量過(guò)程和觀測(cè)的流量過(guò)程之間的吻合程度；Re是一個(gè)水量平衡指標(biāo)，反映了模擬總徑流和實(shí)測(cè)總徑流之間的相對(duì)誤差。若Nsc的值越接近1，Re的值越接近0，則表示模擬效果越好。表達(dá)式如下：

Nsc=1-Σ（Qobs-Qsim） 2 Σ（Qobs-Q-obs） 2

Re=Rsim-RobsRobs×100%（1）

式中：Qobs和Qsim分別是觀測(cè)和模擬的流量過(guò)程；

Q-obs是觀測(cè)流量的均值；

Robs和Rsim分別是觀測(cè)和模擬的總徑流量。

3. 模型率定及檢驗(yàn)

根據(jù)流域內(nèi)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)現(xiàn)狀，漳河上游流域在20世紀(jì)70年代之前受人類(lèi)活動(dòng)影響相對(duì)較少，而在70年代后期人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河川徑流量的影響逐步增加。

3.1徑流模擬。

（1）首先采用1970年之前的資料率定模型，模型參數(shù)反映了接近天然狀況的產(chǎn)流特征。固定模型參數(shù)，采用各子流域建站至1986年的降水、氣溫、日照、風(fēng)速等資料，模擬各代表站的長(zhǎng)系列天然徑流量過(guò)程，研究分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河川徑流量的可能影響。圖1至圖7分別給出了各站1971～1986年實(shí)測(cè)與模擬的徑流量結(jié)果圖。

（2）從圖1至圖7可以看出：各站在月徑流模擬過(guò)程中，模型的模擬值與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)基本一致，擬合成功。

3.2結(jié)果分析。

（1）利用模擬與實(shí)測(cè)流量，代入公式（1），得出表1結(jié)果：

（2）由表1可以看出：（1）VIC模型對(duì)漳河上游各站均有較好的模擬效果，率定期和檢驗(yàn)前Nsc均在70%以上，相對(duì)誤差控制基本在2%以?xún)?nèi)；（2）相比而言，模型對(duì)蔡家莊和石梁水文站模擬效果相對(duì)較好。

4. 結(jié)論

本文通過(guò)運(yùn)用VIC模型對(duì)漳河上游流域進(jìn)行徑流模擬，探討其在漳河上游流域適用性，得到以下主要結(jié)論：

（1）模擬徑流量與實(shí)測(cè)徑流量的豐枯變化特征較為一致，說(shuō)明降水決定了流域水資源的多寡及豐枯變化。

（2）模型對(duì)前期徑流量模擬效果較好，對(duì)一些站點(diǎn)后期徑流量模擬值明顯偏大；由于受到人類(lèi)活動(dòng)的影響，使得后期實(shí)測(cè)徑流量明顯偏小，這是后期徑流量模擬偏高的主要原因。

（3）對(duì)漳河上游流域支流站蔡家莊站1971～1986模擬徑流量與實(shí)測(cè)徑流量非常吻合，說(shuō)明這段時(shí)期漳河上游支流受人類(lèi)活動(dòng)影響輕微。

參考文獻(xiàn)

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[2]張磊磊，郝振純等.VIC模型在三江源地區(qū)產(chǎn)匯流模擬中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，31（1）：18～20.

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）03-24-481

[作者簡(jiǎn)介] 孫慧霞（1973-），女，職稱(chēng)：工程師，研究方向：水環(huán)境生態(tài)修復(fù)、水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究等。