尼洋河流域水循环模拟及径流演变规律

The water cycle processes in the Southwest river sources area of China is very complicated, which is affected by the combined effects of glacier and snow melting, soil freezing and thawing, climate change, and so on. This area is the typical ungauged area, where the monitoring information is less and the related research is very weak. In order to ensure the long-term water security and the development of hydropower, it is necessary to build a basin distributed hydrological model based on mechanism study to analyze the regional evolution law of runoff. The Niyang River basin is selected as the study area, which is the fourth largest branch of Yarlung Zangbo River. First, the hydrothermal dynamics parameters of the soil and ravelly ground will be measured in-field, and the water and heat transformation and motion law between snow-soil-ravelly ground will be studied as well. Second, the hydro-thermal coupling numerical model will be established between snow-soil-ravelly ground at point scale. Third, the distributed hydrological model in alpine region will be developed based on hydro-thermal coupling numerical model at the point scale to simulate the long series water cycle processes. Last, the simulation results will be used to analyze the evolution law, main impact factors and their contribution ratio of runoff. The research tries to explain the hydro-thermal coupling rules of snow-soil-ravelly ground system in the processes of soil freezing and thawing in high cold area, and the evolution law of runoff in Yarlung Zangbo River.

西南河流源区是我国重要江河的发源地，受冰雪融水、土壤冻融、气候变化等综合影响，水循环过程非常复杂。该地区属于典型的缺资料地区，监测信息少，相关研究十分薄弱。为了保障我国长期的用水安全以及水电能源开发，有必要在机理研究的基础上，构建流域分布式水文模型，并以此为工具，深入分析研究该地区的径流变化规律。本项目选择雅鲁藏布江典型支流尼洋河为研究区域，基于野外实验方法测定土壤和裂隙介质相关水热动力学参数，研究雪被-土壤-松散岩层连续系统内的水热转换及运动规律，建立点尺度的雪被-土壤-松散岩层水热耦合数值模型，进而构建高寒地区有物理机制的流域分布式水文模型。在采用分布式水文模型进行长系列仿真模拟基础上，分析尼洋河流域径流演变规律，定量分析主要影响因素及各自的贡献率。通过研究，试图回答高寒地区土壤冻融过程中雪被-土壤-松散岩层水热耦合机制和雅鲁藏布江典型支流径流演变规律两大科学问题。

本项目以尼洋河流域为研究区，在流域内完成了3年土壤冻融水循环实验，发展了高寒地区基本水文单元水热耦合过程的物理描述方法，构建了基于“冰川-雪被-土壤-砂砾石层”的分布式水文模型，进行了尼洋河流域径流演变规律的分析，为高寒地区水文学的发展和西南河流源区水资源开发利用做出贡献。重要成果和结论包括：.1、尼洋河流域基本水文单元参数及关键水文过程测定。通过现场试验与数据监测，整合形成了一套可以满足尼洋河流域水文过程模拟研究和径流演变分析的数据库，为关键水文过程理论研究与模型构建提供了数据支撑。.2、高寒山区关键水文过程的数学描述方法。项目组根据尼洋河流域气候和地质特征，构建了“积雪-土壤-砂砾石层”连续体水热耦合模型，针对青藏高原特殊的地质构造考虑了土壤和砂砾石层两类介质对水分运移的影响，同时考虑了积雪的热阻隔作用和融化过程，发展了尼洋河流域高寒山区水热耦合模拟方法。此外，冰川产流模块的加入，完善了高寒山区水文过程的模拟方法。.3、尼洋河流域基于“冰川-积雪-土壤-砂砾石层”的分布式水文模型构建。项目组基于WEP模型，构建了尼洋河流域基于“冰川-积雪-土壤-砂砾石层”的分布式水文模型，充分反映了青藏高原高寒山区典型下垫面下水循环过程及机制。模型模拟效果较好，可以准确刻画水热耦合过程中土壤水分与温度的动态变化过程。根据尼洋河流域主要站点模拟与实测结果对比来看，模型模拟的日流量过程符合实际，径流模拟效果较好，可用于尼洋河流域径流演变与规律分析。.4、尼洋河径流演变规律分析。对模型模拟得到的长系列年径流过程进行趋势分析，尼洋河流域年径流量自1986年起呈增加趋势。径流量变化主要是由降水增加导致的6-9月份降雨产流、融雪产流增加所致，揭示了尼洋河流域径流增加的主要原因。.项目研究可为“不同水源的径流对气候变化的响应机理”提供模型工具，为西南河流源区“径流演变规律及预测”提供支持。