VIC模型在漳河上游流域的適用性分析

【摘要】通過運用VIC模型對漳河上游流域有代表性水文站進行徑流模擬，探討VIC模型在大中型流域的適用性，結果表明：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，率定期和檢驗期Nsc均在70%以上，相對誤差控制在2%以內，滿足該流域水資源評價與規(guī)劃要求。

【關鍵詞】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模型對流域徑流模擬已成為熱點，如馬賀等[1]應用VIC模型對老哈河流域徑流模擬；張磊磊等[2]應用VIC模型對三江源地區(qū)產匯流模擬；胡彩虹等[3]應用VIC模型對流域徑流模擬；金君良等[4]研究VIC模型在西北干旱半干旱地區(qū)的應用。本文采用VIC模型對漳河上游流域進行徑流模擬，可為漳河上游流域水資源評價與規(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，科學預測未來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)開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境改善提供科學參考，對于促進當?shù)亟洕掷m(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模型簡介

VIC（variable infiltration capacity）模型是由Washington大學、California大學Berkely分校和Princeton大學的研究者基于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?；具^程為考慮陸-氣間水文收支和能量收支過程、次網格內地面植被類型不均勻性、土壤蓄水能力的空間分布不均勻性、基流退水的非線性和山區(qū)地形對降雨和氣溫的影響[5～6]。VIC模型的參數(shù)可分為四類：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)一經率定，在模型運行過程中不再進行微調，而水文參數(shù)則需要根據(jù)實測的流量來確定。

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個市的22個縣（市、區(qū)），流域內支流眾多，主要為清漳河和濁漳河。上源可分東西兩區(qū)，其中東區(qū)多為石質山區(qū)，山高谷深，巖石裸露，坡陡流急，含沙量少，稱清漳河；西區(qū)多為山丘和盆地區(qū)，盆地內植被覆蓋較差，泥沙較多，稱濁漳河。漳河上游流域屬溫帶大陸性氣候，四季分明，冬春干旱多風，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檢驗方法。

2.3.1以VIC模型為基礎，利用漳河上游流域7個有代表性水文站資料為基礎進行模型驗證。 觀臺站是漳河流域較早設立的水文測站，在20世紀60、70年代又陸續(xù)設立了一些測站進行水文觀測。綜合考慮資料序列及代表性，本研究選擇7個水文站進行流域水文模擬研究。

2.3.2模型參數(shù)的率定主要有2個目標函數(shù)：Nash-Sutcliffe效率系數(shù)（Nsc）和相對誤差（Re）。Nsc表示模擬的流量過程和觀測的流量過程之間的吻合程度；Re是一個水量平衡指標，反映了模擬總徑流和實測總徑流之間的相對誤差。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分別是觀測和模擬的流量過程；

Q-obs是觀測流量的均值；

Robs和Rsim分別是觀測和模擬的總徑流量。

3. 模型率定及檢驗

根據(jù)流域內氣候變化和人類活動現(xiàn)狀，漳河上游流域在20世紀70年代之前受人類活動影響相對較少，而在70年代后期人類活動對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、風速等資料，模擬各代表站的長系列天然徑流量過程，研究分析人類活動對河川徑流量的可能影響。圖1至圖7分別給出了各站1971～1986年實測與模擬的徑流量結果圖。

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

3.2結果分析。

（1）利用模擬與實測流量，代入公式（1），得出表1結果：

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

4. 結論

本文通過運用VIC模型對漳河上游流域進行徑流模擬，探討其在漳河上游流域適用性，得到以下主要結論：

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

（2）模型對前期徑流量模擬效果較好，對一些站點后期徑流量模擬值明顯偏大；由于受到人類活動的影響，使得后期實測徑流量明顯偏小，這是后期徑流量模擬偏高的主要原因。

（3）對漳河上游流域支流站蔡家莊站1971～1986模擬徑流量與實測徑流量非常吻合，說明這段時期漳河上游支流受人類活動影響輕微。

參考文獻

[1]馬賀，江善虎，任立良等.VIC模型在老哈河流域徑流模擬中的應用[J].水文，2013，33（3）：52～55.

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

[3]胡彩虹，郭生練等.VIC模型在流域徑流模擬中的應用[J].人民黃河，2005，27（10）：22～24.

[4]金君良，陸桂華，吳志勇.VIC模型在西北干旱半干旱地區(qū)的應用研究[J].2010，28（1）：12～14.

[5]宋星原，余海燕，張利平等.VIC陸面水文模型在白蓮河流域徑流模擬中的應用[J].水文，2007，27（2）：40～44.

[6]吳志勇，陸桂華，張建云等.基于VIC模型的逐日土壤含水量模擬[J].地理科學，2007，27（3）：359～364.

[7]王國慶，張建云，賀瑞敏等.黃河流域大尺度水文過程模擬研究[J].水利水電技術，2009，45（2）：5～8.

[文章編號]1619-2737（2017）03-24-481

[作者簡介] 孫慧霞（1973-），女，職稱：工程師，研究方向：水環(huán)境生態(tài)修復、水利技術標準化研究等。