耦合能量平衡的分布式水文模型构建及半干旱区LUCC水文响应机理研究

Distributed hydrological models, with the capable of simulating the effects of spatially highly variable changes of ground parameters, are indispensable tools and platforms in objectively quantifying hydrological response to land use/cover changes (LUCC) in semi-arid regions. The traditional hydrological model didn't perform well in semi-arid regions, due to less considering the spatial heterogeneity of vegetation parameters and energy balance. Therefore, with the aid of mutil-source of remote sensing data, field survey data and geographic information system technology, a NDVI-LAI (Normalized Difference Vegetation Index - leaf area index) model is being developed taking into account the spatial-temporal heterogeneity of terrain and vegetation types. Meanwhile, based on semi-arid runoff generation mechanisms, a distributed hydrological model coupled with energy balance model will be developed. Furthermore, the impact of LUCC on runoff and evaportranspiration in typical basin will be evaluated using theoretical analysis and model simulation. This study will help deeply understand the hydrological cycle and reveal the mechanism of hydrological response to LUCC in semi-arid regions. The results will provide useful scientific guidelines and technology for water resource planning and management in semi-arid regions.

分布式水文模型考虑流域综合因素对水文过程的影响，是分析半干旱区土地利用/覆被变化(LUCC)水文响应的有效工具与基础平台。传统分布式水文模型较少考虑地表植被参数空间异质性和能量平衡，导致该类模型在半干旱区模拟精度低。鉴于此，本研究拟融合多源遥感数据和野外实测数据，基于遥感和地理信息系统技术，建立反映地形和植被类型时空异质性的叶面积指数（LAI）算法（NDVI-LAI模型），改进垂向混合产流模型中植被参数的获取方法，发展针对半干旱区水文特性的能量平衡模块，构建耦合能量平衡的分布式水文模型；通过理论分析和模型构建与应用，探究植被指数参数化新方法，提高分布式水文模型在半干旱区的模拟精度，定量分析典型流域土地利用/覆被变化对径流量和蒸散发量的影响。该研究将为进一步认识和理解半干旱区水文过程，揭示半干旱区土地利用/覆被变化的水文响应机理提供科学理论与技术支撑。

分布式水文模型考虑流域综合因素对水文过程的影响，是分析半干旱区土地利用/覆被变化(LUCC)水文响应的有效工具与基础平台。传统分布式水文模型较少考虑地表植被参数空间异质性和能量平衡，导致该类模型在半干旱区模拟精度低。鉴于此，本研究融合多源遥感数据和野外实测数据，构建了研究区典型植被类型叶面积指数集及植被参数库，为分布式水文模型提供关键输入参数；基于遥感数据反演和分析了老哈河流域实际蒸散发的时空分布特征及其影响因素；耦合能量平衡与混合产流模型，构建了基于栅格的耦合能量平衡的分布式水文模型，该模型能够较好地反应半干旱区超渗与蓄满两种产流机制并存，植被类型对蒸散发的影响，较适用于半干旱地区的水文过程模拟；此外，项目组通过模型模拟与数值分析，定量分析了老哈河流域气候变化和土地利用变化对径流量和蒸散发量的影响，并尝试开展了老哈河流域、黄河流域干旱时空变化特征的研究。研究表明本课题所构建的基于栅格的分布式水文模型能够较好地反映半干旱区水文过程；研究区植被类型的空间分布特征直接影响着流域内蒸散发、径流量和土壤含水量的特征；两个流域在气候变化和人类活动共同影响下干旱趋势进一步增强，其中土地利用方式变化、水利工程修建、引水等人类活动是研究区径流量减少的主要因素。该研究成果将为进一步认识和理解半干旱区水文过程，揭示半干旱区土地利用/覆被变化的水文响应机理提供科学理论与技术支撑。