好水川流域水文模型及农业承载力分析-hydrological model and agricultural carrying capacity analysis of haoshuichuan watershed.docx

第一章前沿1.1 研究目的和意义黄土高原土地资源广阔，沟壑稀少，植被茂盛的地区。由于自然特点，以及长期受人为 因素干扰严重，水土流失、植被破坏严重，水质变差，生态环境演变的的非常脆弱，这些问 题与水的联系密切相关（叶守泽，夏军，1999；夏军等，1999）。研究区域（好水川流域）降雨多以暴雨的形式出现，产流方式主要为超渗产流，即下垫面的异质性对于径流量与径流过程有着重要影响。因此，对于黄土高原地区降雨产流的观测、 模拟显得尤为重要。建立和探求在该黄土高原地区适用的水文模型，对于了解该地区水文状 况，预测水文过程，合理利用水资源，解决相关农业用水以及当地经济问题都具有重要意义。水文科学的发展进程中，水文模型一直是水文科学研究的重要分支和热点问题。另外， 水循环深刻影响着自然界生态系统的结构和演变，影响着自然界中一系列物理、化学和生物 过程，也影响着人类社会的发展和人们的生产生活，在地圈—生物圈—大气圈的相互作用中 占用重要的地位。水文模型不仅在水循环研究领域有着重要的地位，在与水循环有关的其他 系统的领域的重要内容，也是与水循环有关的其他领域的重要研究工作。水文模型的发展最 早可以追溯到 1851 年，20 师姐 60 年代，计算机技术引发的数字革命为水文模型的快速发 展奠定了良好的基础和保障，新的流域水文模型不断涌现，水文模型蓬勃发展。应用数学模型、先进的计算机技术、“3S 技术”等来研究流域内水资源时空变化、水土 流失、水环境等与土壤、植被类型、管理措施等的相互影响，为资源的可持续利用提供理论 支撑是当前许多学者研究的热点。针对现状，研究建立能够在包气带深厚的黄土丘陵沟壑区应用的分布式水文模型尤为紧 迫。本研究是水利部公益性行业研究项目“宁南山区坝系水资源联合调度及高效节水研究” 中课题的一部分，其主要目的是利用水文模型研究好水川流域水资源状况，以宁南山区隆德 县好水川流域为研究对象，应用研究的重点放在径流模拟和预测这一水文研究中最基本、最 重要的环节上，然后根据不同水文特征年预测流域径流量，最后以此来评价流域内的农业承 载力。在完成主要研究内容的情况下，希望通过该研究结果能为好水川流域水资源配置及水 资源联合调度提供技术支持。1.2 国内外研究现状及发展趋势水文模型是水文学、水力学及其它学科发展到一定阶段的必然产物，是人们研究和模拟 水文现象的重要手段。随着计算机技术、数字地图、应用数学、雷达技术的发展，水文模型 也进入全新发展阶段。1.2.1 水文模型的发展过程水文模型是对自然界中复杂水循环过程的近似描述，是水文科学研究的一种手段和方 法，也是对水循环规律研究和认识的必然结构。水文模型的发展最早可以追溯大 1850 年 Mulvany 所建立的推理公式。1932 年 Sherman 的单位线概念、1933 年 Horton 的入渗方程、 1948 年 Penman 的蒸发公式等，标志着水文模型由萌芽时代开始向发展阶段过渡。进入 20世纪 50 年代后期至 70 年代末期，水文学家结合室内外实验等手段，不断探索水文循环的成 因变化规律，并在此基础上，通过一些假设和概化，确定模型的基本结构、参数以及算法， 开始水文模型的快速发展阶段。在此期间，各国水文学家积极探索，用于开拓，研究和开发 了很多简便实用的概念性水文模型，如美国的斯坦福流域水文模型（ SWM）、萨克拉门托模 型（Sacramento）、SCS 模型，日本的水箱模型（Tank）以及我国的新安江模型等。进入 20 世纪 90 年代以来，随着地理信息系统、全球定位系统以及卫星遥感技术在水文学中的应用， 反映水文变量空间变异性的分布式水文模型日益受到重视。目前，较为常见的分布式水文模 型由欧洲的 SHE 模型和 TOPMODEL 模型，美国的 SWAT 模型、SWAM 模型和 VIC 模型等。 我国在分布式水文模型的研制方面起步较晚，目前尚缺乏国际上普遍认可的分布式水文模型（金鑫等，2006）。总结过去 100 多年来水文模型研究和开发工作所走过的历程，可以将水 文模型的发展概括为萌芽阶段、概念性水文模型阶段和分布式水文模型阶段。1.2.2 分布式水文模型在国内外的发展现状国外具有代表性的分布式水文模型有由 SHE（Systeme Hydrologique Europeen)(Abbott M B，Bathurst J C，Cunge J A，1986；Abbott M B，1986)模型发展起来 MIKE SHE 模型(DHI，1993；Refsgaard J C，1995)和 SHETRAN（Ewen J，2000）模型，英国水文研究 所（Instituteof Hydrology）IHDM(Instituteof Hydrology Distributed Mod