基于MODCYCLE分布式水文模型的区域产流规律.pdf

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1、第27卷2011笠第4期4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．4Apr．201165基于MODCYCLE分布式水文模型的区域产流规律张俊娥，陆垂裕，秦大庸，郭迎新，葛怀凤(中国水利水电科学研究院水资源所，北京100038)摘要：为了分析区域产流时空变化规律以及不同下垫面的产流特征，采用了具有物理机制的分布式水文模型——MODCYCLE模型，并以天津市为例进行深入研究。该模型在综合考虑土壤、下垫面条件、降雨条件等多方面因素的基础上，采用修改后具有地表积水机制的Green．Ampt方程计算产流量。计算结果表明，1)1997--2004年天津市8a平

2、均总产流系数约为16％，其中陆面产流系数不足10％。2)陆面产流主要集中在北部山区、中心城区及东部沿海地区：水面产流主要集中在中部及东南部地区。3)陆面产流中城市区产流系数最大，8a平均为44．1％；农村居民地的产流系数也较大，为24．5％；天然林草和河滩地的产流系数不足10％，农田由于田埂的作用几乎不产流。关键词：产流，模型，试验，MODCYCLE模型，分布式水文模型，Grtma-Ampt方程，地表积水机制，天津市doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．04．012中图分类号：P339文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一04—0065

3、—07张俊娥，陆垂裕，秦大庸，等．基于MODCYCLE分布式水文模型的区域产流规律[J]．农业工程学报，2011，27(4)：65—71．ZhangJun’e，LuChuiyu，QinDayong，eta1．RegionalrunoffstudybasedonMODCYCLEdistributedhydrologymodel【J】．TransactionsoftheCSAE，2011，27(4)：65--71．(inChinesewithEnglishabstracO0引言降水入渗产流是“四水”转化研究的中心课题之--[11。20世纪以来，入渗与产流研究取得了长足进展。研究内容主要包

4、括对产流影响因素、产流机制和降水产流规律等方面的研究。降雨产流的主要影响因素包括降雨因素、土壤特性和下垫面特征等[1-3]，特别是在下垫面条件(或土地利用类型)及土壤特性对产流的影响方面做了大量的研究【4-9】。目前较常见的产流机制有蓄满、超渗以及二者相结合的综合产流机SjJ[1,10-12]，对产流规律的分析都是在此基础上进行的。对流域／区域产流规律的分析主要采用2种方法：试验和模型。试验是科学研究的重要手段，通过野外模拟降雨等试验得到了一些不同条件下的产流规律[13-19】，但是仅可以说明单点或者小流域上的情况，难以将其使用在降雨空间分布不均匀的情况中，并且在径流、入渗、土壤水分

5、运动的内在联系等方面也考虑不够【11。具有物理机制的分布式水文模型能够识别和再现区域水循环的全过程，综合考虑土壤、下垫面条件、降水条件等多方面的因素，在产流机理的指导下能够反演不同条件下的降水产流规律及空间分布特征。本文将利用中国水科院水资源所近期针对强人类活动地区，尤其是农田系统，开发的分布式水文模型——MODCYCLE模收稿日期：2010-12．01修订日期：2011-03．3l基金项目：国家“973”计划(2006CB403401)：基金委创新研究群体基金(51021006)；国家自然科学基金(50809076)；国家自然科学重点基金(40830637)：国家科技支撑计划(20

6、06BAB04A16)作者简介：张俊娥(1981一)，女，山东德州人，博士生。主要从事水文与水资源及水循环模拟研究。北京中国水利水电科学研究院水资源所，100038。Email：zh．．jtme@sohu．e,om；zh-juno@163．oom型，以天津市为例，通过分析空间分布特征及不同下垫面条件下的产流特点揭示区域降水产流规律。1MODCYCLE模型简介MODCYCLE(anobjectorientedmodularizedmodelforbasinscalewatercyclesimulation)模型为一个全新的分布式水文模型，与其他分布式水文模型相比，具有以下几方面的特点：

7、1)以C++语言为基础，通过面向对象(ooP)的方式完全模块化开发，利于扩展；2)以数据库作为输入输出数据管理平台，便于操作：3)利用面向对象模块化良好的数据分离／保护技术，可实现水文模拟的并行运算，大幅提高计算效率：4)具有较为完善的水量平衡校验机制，可为用户和模型开发者提供使用和开发上的诸多便利；5)物理性与概念性相结合，既能合理刻画自然水循环过程，又能灵活实现复杂人工用水过程的模拟。MODCYCLE模型是以日为计算步长的水文模型，适合于长时间尺度的区