基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0526

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (5): 1523-1530.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0526

基于WEP-L模型的寒区流域径流演变模拟及归因分析

苏辉东^1,²(),贾仰文¹,刘欢¹(),李耀军³,杜军凯¹,牛存稳¹,甘永德⁴,曾庆慧¹

^1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038
^2.清华大学水利水电工程系，北京 100084
^3.中国科学院西北生态资源环境研究院冰冻圈科学国家重点实验室，甘肃兰州 73000
^4.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海西宁 810016

收稿日期:2019-05-30 修回日期:2020-05-29 出版日期:2021-10-31 发布日期:2021-09-09
通讯作者: 刘欢 E-mail:shd17@mails.tsinghua.edu.cn;liuhuan@iwhr.com
作者简介:苏辉东，博士研究生，主要从事水文模型研究. E-mail： shd17@mails.tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家重点基础研究发展规划项目(2015CB452701);国家自然科学基金项目(51379215)

Runoff evolution simulation and attribution analysis in cold region basin based on WEP-L model

Huidong SU^1,²(),Yangwen JIA¹,Huan LIU¹(),Yaojun LI³,Junkai DU¹,Cunwen NIU¹,Yongde GAN⁴,Qinhui ZENG¹

^1.The State Key Laboratory of Simulations and Regulations of Water Cycles in River Basins，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China
^2.Department of Hydraulic Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China
^3.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^4.The State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture，Qinghai University，Xining 810016，China

Received:2019-05-30 Revised:2020-05-29 Online:2021-10-31 Published:2021-09-09
Contact: Huan LIU E-mail:shd17@mails.tsinghua.edu.cn;liuhuan@iwhr.com

摘要/Abstract

摘要：

寒区在我国分布广泛，且多为我国主要江河的源头区，其水循环演变会对地区乃至全国的水资源情势产生重要影响。针对寒区冻土作用下特殊的水文特性，研究选择松花江、黄河、黑河、长江、雅鲁藏布江流域内5个典型寒区流域，采用改进的WEP-L模型模拟分析了寒区径流在1960—2010年的时空变化规律。同时，基于水文模拟法，设计不同气候变化与土地利用情景对各寒区流域径流变化进行了归因分析。研究表明：WEP-L针对不同的寒区流域逐月径流过程，取得了较好的模拟效果，NSE（纳什效率系数）基本在0.7以上，相对误差控制在±15%内。5个流域的径流量变化趋势表现为弱显著性，但是黄河流域（唐乃亥以上）和黑河流域（莺落峡以上）的基流指数显著增加，说明这两个流域的河川基流占比不断增加，主要原因可能在于冰川融雪的增加。除了松花江流域（阿彦浅以上）外的四个寒区流域的气候变化对径流的影响较高，贡献率达到78%以上，是径流演变的主导作用。研究结果有助于增强对寒区水循环和水资源演变的认识，为应对未来变化环境下寒区水问题提供参考。

关键词: 寒区流域, WEP-L模型, 径流演变, 归因分析

Abstract:

Cold regions are widely distributed in China， most of which are the headwaters of major rivers of China. Their runoff evolution will have an important impact on the regional even the whole country water resources. Aiming at the special hydrological characteristics under the action of frozen soil in cold region， five representative watersheds in cold regions including in Songhua River， Yellow River， Heihe River， Yangtze River and Yarlung Zangbo River basins are selected. The improved WEP-L model is used to simulate and analyze the temporal and spatial variation of runoff in cold region from 1960 to 2010. Meanwhile， based on the hydrological simulation method， different climate change and land use scenarios are designed to analyze the attribution of runoff changes in cold regions. The results show that：（1） The improved WEP-L has a good fit for runoff in different cold regions. The Nash efficiency coefficient is above 0.72， and the absolute relative error is within ±11%. （2） The trend of runoff change in five typical basins is not significant， but the base flow index of Tangnaihai and Yingluoxia increased significantly， and passed the 0.01 significance test， indicating that the proportion of basal flow in these two basins is increasing. （3） In addition to the A’yanqian and A’nen watershed of the climate change in the four cold basins has a greater impact on runoff， more than 78%， which is the dominant role in runoff evolution. Relevant studies can provide reference for the study of water cycle and water resources evolution in cold regions.

Key words: cold region, WEP-L model, runoff evolution, attribution analysis

中图分类号:

P333.1

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Huidong SU,Yangwen JIA,Huan LIU,Yaojun LI,Junkai DU,Cunwen NIU,Yongde GAN,Qinhui ZENG. Runoff evolution simulation and attribution analysis in cold region basin based on WEP-L model[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(5): 1523-1530.

图/表 7

表1

图1

图2

图3

表2

表3

表4

参考文献 41

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水文站	WEP-CN模型	水文要素		时期	NSE	RE
黑河莺落峡站	不考虑土壤冻融作用	逐月径流	率定期	1960—1980年	0.43	-40.8%
	不考虑土壤冻融作用	逐月径流	验证期	1981—2000年	0.60	-32.9%
	考虑土壤冻融作用	逐月径流	率定期	1960—1980年	0.84	8.0%
	考虑土壤冻融作用	逐月径流	验证期	1981—2000年	0.82	-12.5%
松花江阿彦浅站	不考虑土壤冻融作用	逐月径流	率定期	1960—1980年	0.58	-10.1%
	不考虑土壤冻融作用	逐月径流	验证期	1981—2000年	0.65	9.6%
	考虑土壤冻融作用	逐月径流	率定期	1960—1980年	0.67	-2.8%
	考虑土壤冻融作用	逐月径流	验证期	1981—2000年	0.72	1.3%

水文站	所属流域	率定期（1960—1980年）		验证期（1981—2010年）
水文站	所属流域	NSE	RE	NSE	RE
阿彦浅	松花江	0.67	-2.8%	0.72	1.3%
唐乃亥	黄河	0.83	-3.7%	0.82	-5.0%
小得石	长江	0.74	-10.7%	0.80	9.2%
莺落峡	黑河	0.84	8.0%	0.82	-12.5%
奴各沙	雅鲁藏布江	0.78	-9.4%	0.86	6.1%

站名	年河川径流构成要项				M-K趋势统计值
	地表径流R_s		河川基流R_g		Q/ （×10⁸ m3）	基流指数
	径流深/mm	占比	径流深/mm	占比	Q/ （×10⁸ m3）	基流指数
唐乃亥	64.29	39.58%	99.06	60.42%	-0.63	2.55^*
莺落峡	37.83	22.19%	132.67	77.81%	1.66	3.17^**
奴各沙	47.49	35.27%	87.13	64.73%	-0.76	-0.20
小得石	259.71	60.68%	168.31	39.32%	0.26	-0.04
阿彦浅	103.22	64.89%	55.85	35.11%	0.83	-0.28

站名	天然河川径流		气候变化		土地利用变化
站名	变化量/（×10⁸ m3）	变化率/%	影响量/（×10⁸ m3）	贡献率/%	影响量/（×10⁸ m3）	贡献率/%
阿彦浅	6.00	6.89	3.06	50.99	2.94	49.01
唐乃亥	-4.63	-2.29	-5.24	89.57	0.61	10.43
莺落峡	2.30	14.73	2.20	95.64	0.10	4.36
小得石	29.89	6.20	23.46	78.48	6.43	21.52
奴各沙	-7.86	-5.32	-7.49	95.25	-0.37	4.75

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Runoff evolution simulation and attribution analysis in cold region basin based on WEP-L model

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