流域水文模型论文

流域水文模型论文基于InVEST模型的白洋淀—大清河流域水源涵养分析本文发表于《中国水土保持科学》2022年第19卷第5期“学术论坛”栏目。项目资助名称：国家水体污染控制与治理科技重大专项"白洋淀与大清河流域（雄安新区）水生态环境整治与水安全保障关键技术研究与示范项目"（2018ZX07110）；"白洋淀—大清河生态流量调控与水资源保障技术研究"（2018ZX07110001）引用本文：娄梦婕,史明昌,郭虹扬,杨建英.基于InVEST模型的白洋淀—大清河流域水源涵养分析[J].中国水土保持科学,2022,20(5):118-123.DOI:

10.16843/j.sswc.2022.05.015.

LOUMengjie,SHIMingchang,GUOHongyang,YANGJianying.WaterconservationanalysisofBaiyangdian-DaqingRiverbasinbasedonInVESTmodel[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2022,20(5):118-123.DOI:

10.16843/j.sswc.2022.05.015.

目的和方法白洋淀—大清河流域是雄安新区重要的水源地和生态屏障。为探明该区产水功能的分布格局，揭示水源涵养能力空间分布的特殊规律，基于InVEST模型WaterYeild模块评估流域产水并计算水源涵养量，运用地统计学方法求得不同条件下的水源涵养空间差异。本研究所需数据主要为年平均降雨量、年平均潜在蒸散、土壤深度、植被可利用水含量、土地覆被类型、流域边界、Zhang系数、地形指数、土壤饱和导水率和流速系数。

其中降水、温度、日照时间等数据均来自中国气象数据网1981—2019年数据表。多年降水数据用流域内外共74个站点数据及GPM卫星降水数据做补充，利用线性回归残差克里金插值进行精细化插值计算得到。年平均潜在蒸散量使用Modified-Hargreaves法计算并精细化插值。土壤质地数据来源为中科院南土壤所提供的1∶100万土壤数据，使用SPAWHydrology模型中的土壤属性计算，求得PAWC和饱和导水率。土地利用数据和DEM数据均来源于地理空间数据云，土地利用数据通过2019年Landsat-8遥感影像解译与山区40个县林业资源二类调查数据结合获得。流域边界运用ArcGIS水文分析得到；Zhang系数是经验常数，白洋淀—大清河流域属于半干旱温带大陆性季风气候区，季节特征显著，夏季降水集中，因此Zhang系数选取3~12的不同值模拟，随着Zhang系数值的增大，模型产水量降低。根据研究区年降水次数，同时结合海河流域近50年(1957—2000年)平均河川径流量观测数据分析对照，当Zhang系数值为8时，模型模拟产水量与多年观测数据最接近。流速系数参照InVEST模型手册进行设定。笔者基于InVEST模型WaterYeild模块计算流域产水量，数据获取方便，参数设定灵活，综合不同植被覆盖条件下的蒸散发、不同土壤质地的土壤渗透特性、地形、地表粗糙度等因素对地表径流产生的影响，能较好地考虑到影响产水的主要因素，表达流域产水量的分布状况。

模型原理基于Budyko水热耦合平衡假设计算产水量，结合流速系数、土壤饱和导水率(mm/d)、地形指数求出径流在区域上存留时间，求出水源涵养量。模型相关参数如所示。模型相关参数分布图研究区概况白洋淀—大清河流域处于海河流域中部(E113°39′~117°34′，N38°10′~40°102′)，是海河五大水系之一，总面积为4万3060km2，山区约为1万8659km2，丘陵平原区约2万4401km2，各为河系面积的43.33%和56.67%。河系内地形西北高东南低。该区多为温带大陆性季风气候，属半干旱地区，季节特征显著；年平均气温7.6~13.1℃；无霜期129.0~199.2d；年日照时间2518.7~2924.8h；常年降雨500~600mm且集中在汛期(7—9月)，年内时空分布不均。研究区土壤以棕壤土和褐土为主，山区一般土层有机质含量低，质地疏松，土壤抗侵蚀能力较弱。研究区位置分布图结论与讨论

1)白洋淀—大清河流域产水总和为35.8亿m3，水源涵养总量为1.7亿m3，平均产水量是83.91mm。大清河流域产水量及水源涵养量的空间布局具有显著差异性。

2)土地利用类型不同的区域的水源涵养能力存在差异，由高到低排序为灌木>乔木>平原林地>耕地>草地>建设用地>裸土>裸岩。中部丘陵区雨量充沛，受到人类活动影响小且裸土占地面积广阔，后续水源涵养提升潜力较大。

白洋淀—大清河流域是雄安新区的水源地，新区的生态城市建设的关键一环。要通过流域水源涵养功能的综合评估，优化流域水资源配置来增强水资源可持续利用，提高生态系统的服务效率，加快推进清洁流域治理和山水林田湖草人综合流域建设。后续研究需要综合考虑海河流域的上下游流域水资源的关系及地下水与地表水的差别，采取其他方法减少人类直接消耗水量的影响；增加模型对中国自然生态环境的适应性，改进模型参数，结合区域的实际径流观测数据作进一步验证分析等；另外应重视流域内的植