濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)模型研究

孫號(hào)茗

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

濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)模型研究

孫號(hào)茗

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

我國(guó)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(rùn)、濕潤(rùn)、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(diǎn)，因此也容易遭受到不同的氣候?yàn)?zāi)害影響。本文主要分析了我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)的大尺度分布式概念水文模型VIC對(duì)旱澇災(zāi)害建模預(yù)防測(cè)方面應(yīng)用研究。

濕潤(rùn)地區(qū) 旱澇災(zāi)害 VIC模型 災(zāi)害預(yù)測(cè)

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(huì)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(dòng)增加，全球水問(wèn)題和災(zāi)害隨之頻發(fā)，旱澇災(zāi)害尤為突出。這就使得人們要采取一定的措施進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)防，采用 VIC模型預(yù)測(cè)是其中應(yīng)用最多的一種。

二、VIC模型的概述

1.VIC模型簡(jiǎn)述

分布式水文模型的運(yùn)作原理是通過(guò)利用水循環(huán)動(dòng)力學(xué)機(jī)制來(lái)表述整個(gè)流域水文狀態(tài)物理模型，把水介質(zhì)移動(dòng)的物理性質(zhì)參數(shù)作為模型運(yùn)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(jì)算精確性。

與其他一般概念性模型不同，VIC模型對(duì)各個(gè)流域的水文循環(huán)描述采用的是微分式方程式表達(dá)方法，注重各項(xiàng)參數(shù)和量變之間的關(guān)聯(lián)，模擬水量和能量運(yùn)行，能夠較為真實(shí)地展示流域降水和徑流形成的過(guò)程。因此，VIC模型應(yīng)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(gè)真實(shí)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(yùn)用。

2.VIC模型的基本結(jié)構(gòu)

從對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的精性和模擬運(yùn)行過(guò)程嚴(yán)密性要去可看出，VIC模型結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，它由多個(gè)具有不同功能設(shè)定相互獨(dú)立子系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)水文各個(gè)循環(huán)子情況進(jìn)行數(shù)學(xué)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(duì)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(yùn)動(dòng)和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過(guò)程模塊。這些模塊平時(shí)相互獨(dú)立分離，但在模擬過(guò)程中跟隨水循環(huán)運(yùn)動(dòng)相互緊密聯(lián)系，形成一個(gè)全面模擬動(dòng)態(tài)描述。

3.VIC模型的模擬運(yùn)行方法

VIC運(yùn)行模擬，各個(gè)子系統(tǒng)工作把各個(gè)水文循環(huán)子情況描述結(jié)合起來(lái)，利用空氣動(dòng)力學(xué)的能量平衡原理，采用微積分公式進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)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(jì)算出最終值，從而預(yù)測(cè)出該地區(qū)的旱澇情況。此外，對(duì)坡度較大地區(qū)或低洼地區(qū)等非常規(guī)地形地域進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際坡度和坡向采用適合的方程式來(lái)計(jì)算。

VIC模型的能量平衡計(jì)算包含了感熱通量、地表溫度、潛熱通量以及熱變化等幾個(gè)主要部分計(jì)算，通常地表溫度決定了其他三項(xiàng)量值，而潛熱通量能夠連接水量和能量平衡。預(yù)期狀態(tài)下，VIC能量平衡計(jì)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(guó)濕潤(rùn)地區(qū)的旱澇災(zāi)害概述

1.濕潤(rùn)地區(qū)概述

我國(guó)濕潤(rùn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)期空氣濕度較大氣候環(huán)境，該地區(qū)對(duì)應(yīng)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?yàn)l臨渤海，能夠接受到來(lái)自渤海甚至北冰洋等大量潮濕水汽，加上長(zhǎng)期冰雪覆蓋下水汽蒸發(fā)量小，因此也屬于濕潤(rùn)地區(qū)。

2.濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害形成的原因

我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)多處于季風(fēng)氣候區(qū)，主要受到南部印度洋海面的西南季風(fēng)以及東部西太平洋海面東南熱帶東南季風(fēng)影響，降水量豐富，整體上雨季時(shí)間長(zhǎng)，具體上主要根據(jù)季節(jié)或年計(jì)變化。在春季，尤其是梅雨季節(jié)，南方地區(qū)空氣長(zhǎng)期濕潤(rùn)；到夏季，在強(qiáng)勁的氣候風(fēng)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(fēng)氣候是我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害形成主要原因；此外，工業(yè)化進(jìn)程加劇造成溫室效應(yīng)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(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害的危害

自古以來(lái)，我國(guó)對(duì)旱澇災(zāi)害記載很多，隨著人類對(duì)自然改造和破壞加劇，此類自然災(zāi)害發(fā)生更是有所增加，對(duì)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(dòng)等各個(gè)方面。例如，1998年我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)的長(zhǎng)江流域發(fā)生特大洪澇災(zāi)害，造成了受災(zāi)地區(qū)不可估計(jì)生命財(cái)產(chǎn)損失。

四、VIC模型在濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)上的應(yīng)用研究

1.確定VIC模型參數(shù)

在VIC模型應(yīng)用到濕潤(rùn)地區(qū)的旱澇預(yù)測(cè)中，首先要確定應(yīng)用模擬的計(jì)算參數(shù)，本文主要采用的是植被和土壤這兩個(gè)方面的參數(shù)。

陸地表面覆蓋著無(wú)數(shù)種類型的植被，而每一種類型的植被自身都是對(duì)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(shí)際模擬操作中，根據(jù)不同種類這些具體參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算。

而在 VIC模型土壤參數(shù)確定中，土壤的飽和水勢(shì)、飽和體積含水量以及飽和水力穿導(dǎo)度等都是重點(diǎn)確定對(duì)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(xiàng)參數(shù)的運(yùn)行

在對(duì)中國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)進(jìn)行 VIC模型旱澇數(shù)據(jù)模擬預(yù)測(cè)時(shí)，把各項(xiàng)確定的參數(shù)文件和輸入、輸出文件通過(guò)相匹配的方程式進(jìn)行運(yùn)算。例如，采用Rosenbrock方法進(jìn)行水量平衡發(fā)面的模擬計(jì)算，把對(duì)各個(gè)方向的搜索聯(lián)系形成一個(gè)系統(tǒng)，并在搜索中不斷加以改善，當(dāng)所有搜索完成并算出了最小函數(shù)值時(shí)，再進(jìn)行二維迭代運(yùn)算；這種算法憑借要求低、步驟少的優(yōu)點(diǎn)得到了較多的采用。

3.分析模擬結(jié)果

通過(guò)以上一些列的確定和運(yùn)算過(guò)程，VIC模型運(yùn)行最終運(yùn)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(xiàng)數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合計(jì)算得出一個(gè)較為精準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果，將最終運(yùn)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(yīng)了我國(guó)濕潤(rùn)地區(qū)水量的大致情況，形成初步的旱澇情況預(yù)測(cè)和判斷依據(jù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

歷史以來(lái)，我國(guó)就一直受到各類自然災(zāi)害的侵襲，尤其在濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害最為嚴(yán)重，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失，因此，抗旱排澇的方法研究也成為了我國(guó)一直以來(lái)抵御自然災(zāi)害的重要課題。其中，模型預(yù)測(cè)研究是近年來(lái)使用的比較多的、效果比較好的一種旱澇災(zāi)害抵御防治的方法，因?yàn)槠洳捎檬蔷_數(shù)字的研究描述，因此較為科學(xué)有效，在實(shí)際運(yùn)用中也取得了一定成果。在此基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該繼續(xù)不斷地加以更深入更精準(zhǔn)化的研究，為減少我國(guó)旱澇災(zāi)害發(fā)生做更大貢獻(xiàn)。

[1]常樂(lè) 長(zhǎng)白山典型地區(qū)降雨分布型及洪澇災(zāi)害預(yù)測(cè)研究 東北師范大學(xué)-2011年04期

[2]楊杰 龔志強(qiáng) 趙俊虎 許遐禎 基于模式誤差分布特征的中國(guó)夏季旱澇預(yù)測(cè)可信度研究物理學(xué)報(bào)-2014年14期

[3]朱洪利 遼陽(yáng)市旱澇特征分析及災(zāi)害預(yù)測(cè)應(yīng)用效益分析 農(nóng)業(yè)與技術(shù)-2013年02期

[4]李迅 袁東敏 尹志聰 李文靜 謝莊 2011年長(zhǎng)江中下游旱澇急轉(zhuǎn)成因初步分析 氣候與環(huán)境研究-2014年01期

[5]張冬冬 嚴(yán)登華 王義成 魯帆 劉少華 城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及綜合應(yīng)對(duì)研究進(jìn)展 災(zāi)害學(xué)-2014年01期

[6]遲道才 孫號(hào)茗 崔屾 曲霞 半濕潤(rùn)地區(qū)旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)模型研究 人民長(zhǎng)江-2010年01期

[7]孫淼 陳濤濤 于洋 王子凰 遲道才 極限學(xué)習(xí)機(jī)在洪澇災(zāi)害預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)-2014年02期

[8]高超 陳實(shí) 翟建青 張正濤 劉青 淮河流域旱澇災(zāi)害致災(zāi)氣候閾值 水科學(xué)進(jìn)展-2014年01期

G322

B

1007-6344（2015）08-0019-01