基于DEM的大岗山森林流域分布式水文模型及其验证

发布时间：2020-04-13 03:58

【摘要】：森林生态系统水文功能的研究对认识森林生态系统的水文循环过程和运行机理具有重要意义,不仅有助于了解森林生态系统结构、能量代谢等对森林生态水文的影响,而且能正确认识森林生态系统涵养水源和保持水土的功能与作用。热带和亚热带地区的森林水文特征一直是各位学者研究的热点与重点,尤其是关于其森林流域分布式水文模型与应用研究,受到人们的普遍关注。森林与水是森林生态系统极具重要性的组成部分,为定量研究中国亚热带地区森林流域森林与水的关系,本研究选取江西大岗山森林流域为研究区域,应用GIS和RS技术,将基于大岗山森林流域数字高程模型(DEM)的流域水文特征参数与流域降水、气温以及土壤、植被等数字信息进行耦合集成,在三水源新安江模型等传统模型基础上,研究构建了基于DEM的大岗山森林流域分布式水文模型,并利用实测数据对大岗山森林流域水文要素及其过程进行了模拟和验证,探讨了降雨、温度、植被和地形等因素对森林流域水文要素及其过程的影响。主要研究结果如下:(1)建立了大岗山森林流域基础数据源数据库,主要包括水文气象数据库、地形数据库、土壤属性数据库、水系数据库和土地利用及土壤类型数据库等;并基于大岗山森林流域数字高程模型(DEM),建立了大岗山森林流域数字流域,按自然子流域的划分方法,将整个大岗山森林流域划分成26个子流域,同时,根据土地利用类型、土壤类型以及坡度坡向等地形特征,将整个流域离散成104个水文响应单元。(2)针对亚热带湿润地区森林流域的特点,构建了基于DEM的大岗山森林流域分布式水文模型,模型结构由林冠截留模型、土壤持水量模型、蒸散发模型、产流模型、分水源模型和汇流模型等组成,该模型能较准确地模拟降水、气温、植被和地形等各因素对森林流域水文过程的影响。(3)利用2010—2014年的实测数据资料对所建模型进行了参数率定和模型验证,对大岗山森林流域的水文要素及过程进行了模拟。2010 2012年率定期内该模型的决定系数R~2值分别达到0.82、0.85和0.83,NSE效率系数分别达到0.81、0.85和0.86;2013 2014年验证期内该模型的决定系数R~2值分别达到0.76和0.82,NSE效率系数分别达到0.75和0.84,径流模拟过程与流域实际流量过程吻合较好。本模型能较好地模拟大岗山森林流域的流量过程,符合该流域的实际情况。(4)本研究将基于大岗山森林流域DEM的流域水文特征参数与流域降水、气温以及土壤、植被等数字信息进行耦合集成,构成了数字化信息库,为成功进行流域分布式水文模拟奠定了重要基础。同时,在模型结构上,针对我国亚热带地区江西大岗山流域森林分布的结构与特点,以三水源新安江水文模型等传统水文模型为基础,增加了反映森林结构的植被层截留、植被层蒸散发、森林土壤水等模块,较好地反映了森林流域的水文特点,从而更为客观、准确地模拟森林植被作用下的水文过程。该模型中各水文循环过程物理机制明确,参数相对较少、容易获取且均具有明确的物理意义,可为亚热带地区森林流域的水文特征研究提供新的方法和科学指导。
【图文】：

地理位置

研究区地理位置图

技术路线图

技术路线图
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S715

【参考文献】