分布式水文模型NEHM的构建及应用

摘要

森林水文模型作为一种新型、现代的水文研究手段，同传统的森林水文研究方法具有互补功能，并有特殊的作用。森林水文模型的发展是与电子计算机进步同步的。从早期的黑箱式模型逐步发展到具有高度物理仿真性的分布式流域水文模型，森林分布式水文模型可预测在自然条件或人为干扰下的水文响应，为深入了解水文机理奠定基础，对生态重建有着重要的指导意义，并得到高度重视和快速发展。
　　以小兴安岭林区带岭林业局寒月林场的育林沟流域为研究对象，基于“3S”技术、数据库、计算机编程语言、数字化水系(DEM)，参考国内外水文模型构建特点，根据森林水文动态规律、年内积雪及冻土冻融特性规律，构建了流域分布式森林水文模型——NEHM(Northeast Hydrology Model)，对研究区域的水文动态过程进行模拟，为小兴安岭地区森林水文循环过程提供有效的预测和评估手段。模型参数主要依靠林业上广泛应用的小班数据来得到，突出了森林植被的时空动态的表现。模拟在特定植被、地形、土壤冻融及降雪特征下径流对降水的响应，揭示该生态系统植被变化对水文过程的调节规律，同时对客观评价森林植被水文学作用有十分重要的意义。
　　本研究采用NEHM模拟小兴安岭汤旺河流域典型集水区逐日径流过程，基于育林沟水文观测站2004年实测资料分别对比了年径流总量和日径流模拟结果。结果表明，年径流总量模拟值和真实值比较接近，日径流模拟值与实测值的线性回归系数(R2)和Nash-Sutcliffe模型效率系(Ens)均高于0.75，模拟效果较好。说明NEHM能够较真实的模拟该流域水文动态过程，适合用于指导该地区水资源的调配。在此基础上，以《黑龙江省径流实验站水文资料》和《黑龙江流域水文资料》为依据，设置不同降水量情景。采用NEHM模拟观测点所在栅格地表径流水量的变化，以进一步研究降雨变化对水文过程的影响。结果表明，通过NEHM模拟，能够体现出降雨变化对水文过程的影响，降雨量与径流量呈正相关关系，降雨对径流的影响存在一定的滞后性。最后，采用NEHM模拟了坡位对壤中流的影响，说明壤中流的大小和壤中流的增量都与坡位呈负相关关系。本文为分布式水文模型的进一步研究做了细节性探索，并为其发展奠定了基础。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究概况

1．2．1 森林水文国内外研究概况

1．2．2 森林水文模型国内外研究概况

1．2．3 DEM及“3S”技术在分布式水文模型研究中的应用

1．3 存在问题和发展趋势

1．4 研究目的和意义

2 研究区概况

2．1 地理位置

2．2 气候条件

2．3 土壤条件

2．4 植被特征

3 研究内容和研究方法

3．1 研究内容

3．2 研究方法

3．2．1 模型的基础数据预处理

3．2．2 模型参数的设置

3．2．3 构建分布式水文模型

3．2．4 技术路线

4 NEHM模型的构建

4．1 NEHM模型概述

4．2 NEHM模型的构建

4．3 NEHM模型主要的水文模块

4．3．1 降雨的截留作用模块

4．3．2 冻土融雪模块

4．3．3 蒸散发模块

4．3．4 径流产生模块

4．3．5 流量汇流模块

5 研究区域水文特征模拟

5．1 模型的运行

5．2 模型的验证方法

5．3 结果与分析

5．3．1 模型的验证

5．3．2 典型指标图层的输出与分析

5．3．3 不同气候情景下研究区域径流的模拟

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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