喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应_张志才.pdfVIP

DOI :10.14042/j .cnki .32.1309.2009.06.003 第 20 卷 第 6 期 水 科 学 进 展 Vol.20, No.6 2009 年 11 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Nov ., 2009　 喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应 张志才 , 陈 　喜 , 石 　朋 , 魏玲娜 (河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 , 江苏 南京 　210098) 摘要 :根据喀斯特流域多孔介质与裂隙水流特征 , 建立了达西流 、 裂隙渗流与槽蓄汇流演算相结 合的混合汇流演算 模式 , 实现了对分布式水文-植被-土壤模型 (DHSVM) 的改进 。 利用贵州普定 喀斯特生态水文 试验站陈 旗小流域观 测资料 , 对模型计算的流量过程及植被截流 、 蒸散发及土壤含水率时空分布进行验证 。 结果表明 , 模型能 较好地模 拟喀斯特流域陡涨 、 陡落的流量过程 。 同时 , 模型能模拟出土壤含水率 、 实际蒸散发与降雨 、 下垫面岩溶裂隙 、 植 被覆盖的响应关系 , 对分析中国南方喀斯特地区下垫面变化条件下的生态水文 效应具有重要意义 。 关 　键 　词 :喀斯特 ;分布式水文-植被-土壤模型 ;岩溶裂隙水 ;生态水文 中图分类号 :P641.1　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1001-6791(2009)06-0806-06 喀斯特地区土层薄 、 土壤贫瘠 , 持水能力差 , 生态环境脆弱 。 表层岩溶带以及由溶隙 、 溶洞 、 管道等多重介 质所构成的地下河系统发育 , 是地表水入渗和地下水储存 、 径流的良好通道 , 对雨洪产汇流起主导作用 。 受岩溶 裂隙影响 , 流域水文过程具有补给排泄迅速 、 水位流量季节变化剧烈等基本特点[ 1-2] 。受喀斯特地表 、 地下空间 异质性影响 , 建立符合喀斯特流域水文地质特征的分布式水文模型存在较大困难 , 目前基于松散介质特性建立的 分布式水 文模 型[ 4-7] 无法 直接应 用于喀 斯特 地区 。 本文 利用华 盛顿大 学开 发的分 布式 水文-土壤-植 被模型 (DHSVM)[ 8] , 根据计算单元内松散介质水流与裂隙水流双重介质体渗流原理 , 建立喀斯特流域浅层岩溶带产汇流 计算方法 ;根据喀斯特流域裂隙 、 管道及地下暗河汇流系统特征 , 建立各计算单元之间的水力联系 , 实现对 DHSVM 的改进 , 并应用于典型喀斯特小流域 。根据气象 、 水文过程观测资料及现场实验结果 , 确定模型参数 , 并 对水文过程模拟结果进行分项验证 , 进而分析喀斯特裂隙 、 植被覆盖对土壤水 、 蒸散发等时空变化影响 。 1 　模型原理及改进 1.1 　模型原理 DHSVM 以地面高程模型(DEM)网格节点为中心 , 流域划分为若干计算网格单元 。 根据网格单元地形特征 , 描述短波辐射 、 降雨 、 气温和坡面流及网格单元土壤和植被特性时空变化 。每一计算时段内 , 根据各网格的能 量和质量平衡方程联立求解