地理科学 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (1): 109-120.doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2021.01.012
王怀军1,2,3(), 张建云2,3,*(
), 王国庆2,3, 曹蕾1, 潘莹萍4, 冯如1
收稿日期:
2020-06-12
修回日期:
2020-09-25
出版日期:
2021-01-10
发布日期:
2021-03-04
通讯作者:
张建云
E-mail:wanghj@hytc.edu.cn;jyzhang@nhri.cn
作者简介:
王怀军,(1986-),男,湖南永州人,博士,副教授,主要研究方向为极端气候水文事件。E-mail: 基金资助:
Wang Huaijun1,2,3(), Zhang Jianyun2,3,*(
), Wang Guoqing2,3, Cao Lei1, Pan Yingping4, Feng Ru1
Received:
2020-06-12
Revised:
2020-09-25
Online:
2021-01-10
Published:
2021-03-04
Contact:
Zhang Jianyun
E-mail:wanghj@hytc.edu.cn;jyzhang@nhri.cn
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摘要:
构建340个中小河流域80个气候和下垫面因子,探讨了水文模型模拟效率对环境因子的敏感性,分析了产汇流因子与环境因子的相互关系。结果如下:① 同类型气候和下垫面因子存在显著相关,不同类型环境因子相关系数相对较低;中国中小河流域大致可分为南方地区,北方地区和西北地区;② 将环境因子分类进行主成分分析的方差解释率显著增加,气候、植被和土地利用、土壤、地形的流域分类效果较好,地貌和地质、人类活动和流域形态的分类效果不理想;③ GR4J模型在中国河流的适用性良好,模型效率显著相关的因子主要集中在气候、植被和土壤,其中影响最大的气候和下垫面因子为干燥度、黏土含量和叶面积指数;④ 水文模型参数中,产流水库容量影响因素包括气候、地貌、土壤、地形、人类活动和流域形态;地下水交换系数影响因子为地貌和地质、地形、人类活动;汇流水库容量影响因子主要有植被、土壤、地貌和流域形态;单位线汇流时间的影响因素集中在气候、土壤和流域形态。
中图分类号:
王怀军, 张建云, 王国庆, 曹蕾, 潘莹萍, 冯如. 中国中小河流气候和下垫面与产汇流过程关系研究[J]. 地理科学, 2021, 41(1): 109-120.
Wang Huaijun, Zhang Jianyun, Wang Guoqing, Cao Lei, Pan Yingping, Feng Ru. Relationships Between Climate, Underlying Surface and Runoff Yield and Flow Concentration Processes in China’s Middle and Small Rivers[J]. SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2021, 41(1): 109-120.
表1
构建的气候和下垫面指数
类别 | 指数 |
注:括号中文字为气候和下垫面因子的简写。 | |
气候 | 年平均降水(降水)、年平均降水变异系数(降水cv)、年潜在蒸散(蒸散)、年潜在蒸散变异系数(蒸散cv)、干燥度、气温 |
植被和土地利用 | 农田比重(农田)、森林比重(森林)、草地比重(草地)、水体与湿地比重(水体湿地)、其它比重(其它)、有林地比重(有林地)、灌木林比重(灌木林)、其它林地比重(其它林地)、高覆盖度草地比重(高覆盖度草地)、中覆盖度草地比重(中覆盖度草地)、低覆盖度草地比重(低覆盖度草地)、年NDVI(NDVI)、月最小NDVI(2月NDVI)、月最大NDVI(8月NDVI)、植被覆盖度、叶面积指数(LAI)、年NDVI标准差(NDVIS)、月最小NDVI标准差(2月NDVIS)、月最大NDVI标准差(8月NDVIS)、植被覆盖度标准差(FVCS)、叶面积指数标准差(LAIS) |
土壤 | 砂土百分比(砂土)、粉砂土百分比(粉砂土)、黏土百分比(黏土)、土壤侵蚀量、砂土百分比标准差(砂土S)、粉砂土百分比标准差(粉砂土S)、黏土百分比标准差(黏土S)、土壤侵蚀量标准差(土壤侵蚀量S)、土壤参考深度(30 cm)(土壤深度1)、土壤参考深度(100 cm)(土壤深度2)、土壤有效水含量(大于100 mm/m)(AWC1)、土壤有效水含量(小于100 mm/m)(AWC2)、淋溶土-半淋溶土比重(淋溶土)、钙层土比重(钙层土)、干旱土-漠土比重(干旱土漠土)、初育土比重(初育土)、水成土-半水成土比重(水成土)、人为土比重(人为土)、高山土比重(高山土)、铁铝土比重(铁铝土) |
地貌和地质 | 平原面积比重(平原)、台地面积比重(台地)、丘陵面积比重(丘陵)、山地面积比重(山地)、变质岩面积比重(变质岩)、沉积岩面积比重(沉积岩)、深成岩面积比重(深成岩)、火山岩面积比重(火山岩) |
地形 | 高程、坡度、坡向、高程方差、坡度方差(坡度S)、坡向方差(坡向S)、地形指数、湿润指数 |
人类活动 | GDP、人口、夜间灯光亮度(灯光亮度)、GDP标准差(GDPS)、人口标准差(人口S)、夜间灯光亮度标准差(灯光亮度S) |
流域形态 | 流域面积、流域周长、质心经度、质心纬度、河流长度、流域形状系数、河网密度、Strahler河网1级比重(1级河网)、Strahler河网2级比重(2级河网)、Strahler河网3级比重(3级河网)、Strahler河网4级比重(4级河网) |
表2
GR4J产汇流参数与环境因子逐步回归方程
参数 | 方程 | R2 | P |
PSC | 102.83PC1气候 - 214.55PC1地貌地质 + 298.51PC2地貌地质 - 206.02PC3土壤 - 298.51PC2地形 +70.44PC1人类活动 - 95.29 PC2流域形态 + 119.09 PC3流域形态 | 0.60 | <0.01 |
IEC | 1.06PC1地貌地质 - 3.76PC2地貌地质 - 1.20PC1地形 - 0.79PC1人类活动 | 0.57 | <0.01 |
RSC | - 39.85PC3植被土地利用 - 28.13PC3土壤 + 23.64PC1地貌地质 + 22.7078PC1流域形态 - 33.21PC2流域形态 | 0.50 | <0.01 |
UTH | - 1.60PC1气候 + 0.48PC1土壤 + 1.45PC2土壤 + 0.86PC4土壤 + 0.56PC1流域形态 - 1.09PC2流域形态 + 0.43PC3植被土地利用 | 0.82 | <0.01 |
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