基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及应用_孟现勇

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1、第33卷第4期水文Vol．33No．42013年8月JOURNALOFCHINAHYDROLOGYAug．,2013基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及应用孟现勇1,2，乔鹏3，刘志辉2,4，5，陈凯6（1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830046；2.新疆大学教育部绿洲生态重点实验室，新疆乌鲁木齐830046；3.新疆吐鲁番地区水资源管理中心，新疆吐鲁番市838000；4.干旱生态环境研究所，新疆乌鲁木齐830046；5.干旱半干旱区可持续发展国际研究中心，新疆乌鲁木齐830046；6.江夏区城市规划设计研究院，湖北武汉430012）摘要：以

2、新疆天山北坡军塘湖河流域作为研究区，基于物理机制构建双层分布式融雪径流模型，利用研究区数字高程模型（DEM）提取流域信息，运用GIS技术与遥感技术获取积雪、植被、土壤等与融雪径流模型有关的地表信息，并结合WRF中尺度数值预报模式作为该模型气象驱动数据,对研究区融雪期进行模拟，结果显示：2009、2010年峰值模拟期间，实测与模拟径流过程线拟合度高，QR合格率分别达87%、90.85%。该模型适用性较好，对融雪洪水预警具有一定的参考价值。关键词：双层分布式；融雪模型；能量平衡；水量平衡；WRF；中图分类号：P349文献标识码：A文章编号：1000-0852(

3、2013)04-0010-061引言2双层分布式融雪模型体系构建分布式水文模型是解决流域生态水文和环境问题2.1模型原理[1-4]的有效途径。而融雪径流预报最有效的方法之一就本研究拟并从能量平衡和水量平衡两方面入手构[5-7]是建立分布式融雪径流模型并进行实时预报。国外建基于物理过程的双层融雪径流模型，融雪模型结构VIC、SWAT等模型由于流域尺度太大或采取经验方法如图1所示。计算等问题，对于融雪模块模拟还不够完善。国内学者PsnowEsnowTaQsrQlrQpQshQlh房世峰、刘志辉等于2007年提出利用3S技术建立分[8]布式融雪径流模型。赵求东等

4、于2008年将WRF气象模式与DHSVM模型进行了耦合，以24h对融雪径积雪表层TS[9]流进行监测预报。但由于单层分布式水文模型在模QFsC拟精度方面的缺陷，一种更完善的融雪径流模型的研积雪底层TbSFb制成为迫切需要，本研究尝试建立中小流域双层分布INFD土壤层QgTg式融雪径流模型。通过多年的实地测量数据，对之前单层融雪模型图1双层融雪模型结构图进行部分改进，研究结果表明：该模型的建立为短期水Fig.1Structureofthesnowmeltmodel文预报方面的研究提供了重要依据，为新疆“绿洲经双层融雪模型依据能量和水量平衡变化将雪层分[10-

5、11]济”提供了生产基础和良好的安全保障。为两层。雪盖能量平衡计算见方程（1）：收稿日期：2012－06－05基金项目：国家自然科学基金项目（70361001；40871023）；中国沙漠气象科学研究基金“积雪遥感与融雪洪水监测预测研究”（Sqj2007004）作者简介：孟现勇（1987-），男，河南上蔡人，硕士研究生，主要从事水文、“3S”开发与应用等研究。E-mail:mxy0001@gmail.com通讯作者：刘志辉（1957-），男，新疆石河子人，教授，博士，主要从事水文水资源、“3S”技术研究。第4期孟现勇等：基于栅格尺度的双层融雪径流模型研究及

6、应用11[13]Qall=Qsr+Qlr+Qp+Qsh+Qlh+Qc（1）热通量参考DavidR于2008年提出的方法计算。式中：Qall为单位时间净输入雪表能量；Qsr为短波净辐2.1.4下层雪盖热通量Qcon射；Qlr为长波净辐射；Qp为降水输入能量；Qsh为热通量本文采用温度梯度计算雪盖间热量传导：2（下层雪盖）；Qlh为感热；Qc为潜热；以上单位均为J/m。Qcon=Sfd×Sa（9）-2雪盖下层能量平衡计算见方程（2）：式中：Sfd为-KCdt/dz，即积雪热通量密度（Wm）；Sa为-1-1△Q=Qg-Qc（2）单元雪盖栅格面积；KC为积雪热传导

7、系数（WmK）。式中：△Q为下层雪盖单位时间净接收能量；Qg为上2.1.5土层热通量Qg层雪盖接收热通量；Qc为土层热通量。土层热通量与太阳辐射、潜热与感热等相比可-2双层积雪水量平衡计算见方程（3）、（4）：认为对融雪过程影响不大，一般取值为0~10Wm之[14]Wtop=Psnow-Esnow-Fb（3）间。本文采用由AbbottMB等提出的土层和雪层间[15]Wb=Fs-INF-Fb（4）的函数关系计算Qg。式中：Wtop为上层积雪水变化量；Fb为下层积雪水变化2.2融雪计算流程量；Esnow为雪层蒸散发；Psnow为雪盖降雨量；INF为下渗当为双雪

8、层情况时，表层积雪融化可影响到下层量；Fs为上层雪盖融化后渗入的下