相鄰小流域徑流過程的空間變異性研究

《相鄰小流域徑流過程的空間變異性研究》是依託北京師範大學，由陳波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：相鄰小流域徑流過程的空間變異性研究
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：陳波
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

如何考慮流域內部基本單元徑流過程的空間變異性是分散式水文模擬待解決的問題，迄今鮮見相鄰小流域徑流過程空間變異性的觀測及綜合定量研究。通過野外試驗、比較水文學和地統計學方法，依託地表過程與資源生態國家重點實驗室黑龍江鶴山九三水土保持試驗站建立水文過程綜合觀測系統，同時觀測5~8個相鄰小流域的降水、土壤濕度和徑流等變數；引入有時滯的時間序列回歸數據分析方法，量化各次自然降雨條件下其它流域和參考流域徑流過程的差異性與相似性（比例係數k和擬合程度R2），也將該方法套用於土壤濕度和降水變數，分析此3水文過程的空間變異性特徵；探討這些空間特徵隨時間變化特性，對比降水、土壤濕度、地形等單因子空間變異性特徵與徑流過程空間變異性特徵，建立k和降水、土壤前期含水量等的函式關係，揭示小尺度徑流過程空間變異性的影響機制。研究成果有利於增加對水文回響空間過程的新理解，用於支撐分散式水文模型的開發、測試和能力提升。

結題摘要

如何考慮流域內部基本單元徑流過程的空間變異性是分散式水文模擬亟待解決的問題。針對該問題，本項目依託地表過程與資源生態國家重點實驗室鶴山九三水土保持試驗站，建立了水文過程綜合觀測系統，監測了多個相鄰小流域的降水、土壤濕度和徑流等變數，收集了300萬餘個水文數據。結合比較水文學和地統計學方法，提出用有時滯的時間序列回歸數據分析方法量化各次自然降雨條件下相鄰小流域徑流過程的差異性與相似性，發現同一降水事件下，相鄰小流域徑流過程之間具有高度的形狀相似性與產流強度差異性，進一步揭示了徑流係數空間變差係數與空間均值間的經驗指數遞減函式關係。通過事件尺度上的空間回歸分析，檢測到了相鄰小流域徑流係數的空間格局（即相對大小次序）在不同降水-徑流事件間表現出穩定性，該格局穩定性在極端濕潤和乾旱的情況下會被打破。通過配對對比分析和相關分析，辨析了相鄰小流域徑流過程空間變異性的影響機制，發現在事件尺度上，地形、小流域尺寸、土地覆蓋等單一因子無法解釋觀測到的相鄰小流域徑流係數的空間變異性，降水和土壤前期含水量可解釋40-70%左右的相鄰小流域徑流係數的空間變異性。本項目研究成果有望增加對流域內部徑流過程空間變異性的理解，為分散式水文模型的開發、測試和能力提升提供新的信息。項目研究成果也促進了本研究小組一些基於分散式水文模型的洪水模擬相關工作。