基于地表能量平衡与SCS模型的祁连山水源涵养能力研究(2)

!272!!

3 3!祁连山水源涵养重要区地表年径流量

根据SCS模型原理,具体计算过程如下。(1)研究区土地利用情况。根据2000年以及2006年TM和ETM卫星影,利用遥感软件和人工解译得到研究区的土地利用类型(图3);根据中国

聂忆黄/

地学前缘(EarthScienceFrontiers)2010,17(3)

科学院南京土壤研究所编制2000年1 400万中国土壤图得到的研究区内的土壤类型(图4)。

(2)研究区坡度。利用美国联邦地质调查局(USGS)提供的SRTM90mDEM原始数据经GIS拼接、裁减、坡度提取和校正等过程,

最后得到坡度

基于地表能量平衡与SCS模型的祁连山水源涵养能力研究

聂忆黄/

地学前缘(EarthScienceFrontiers)2010,17(3)!!273!

数据层(图略)。

(3)计算CN值。本研究假设前期土壤湿度为平均状态,亦即AMCII。近年来SCS模型在我国有过比较多的应用,相关参数可以为本次计算提供参

考,本文所采用的CN值主要根据国内一些相关的研究结果[13 16],并结合美国SCS模型参数表来确定,计算结果如下(图5)

。

图7!祁连山水源涵养量

Fig 7!Distributionofwaterconservation

valueinQilianMountains

研究区中部和南部地区,最高值达到257mm;而西北大部分地区水源涵养量几乎为零,主要原因是西北区域蒸发量远远大于降雨量,河流主要由冰川补给。经过以上分析可知祁连山山地水源涵养重要区内,水源涵养能力最强的区域为中部和东南部地区,而西部地区涵养水源的能力很弱,河流水量主要依

(4)研究区径流深。根据地表产流公式编写IDL程序,将降雨和CN值输入程序,输出地表径流深图。计算结果(图6)显示了各空间单元的径流深度,单位mm。产流区域主要集中在河流两侧和湖泊周围等汇水区,也包括部分坡度较大地区;而部分

地区由于降雨和地形地貌等因素并不产流。

靠冰川补给。

3 5!祁连山水源涵养变化规律

利用以上的方法可以计算1982 2003年祁连山山地每年的水源涵养量,再对每年计算结果进行线性回归,得到不同空间上水源涵养能力变化趋势。直线斜率的计算公式为

24%

slope=

图5!CN值分布图

Fig 5!ThedistributionmapoftheCNvalue

&i%w

i=1

24

i

-2

&i

i=1

24

i=12

&w

24

i

24%

i=1

&i

-

i=1

&i

(7)

式(7)中,w代表每年降水量;i=1时为1982年水源涵养量;i=2时为1983年水源涵养量,以此类推至2005年;slope为一元线性回归斜率。计算结果如图8所示。

从图8可见,研究区中部和靠东南部的水源涵养能力减弱比较明显,特别是以门源回族自治县为

图6!2003祁连山地表年径流深

Fig 6!RunoffofQilianMountains

中心,形成了一个水源涵养能力减弱带。从行政边界上来看,具体包括祁连县、门源回族自治县、肃南裕固族自治县、民乐县和天祝藏族自治县。

3 4!祁连山水源涵养量

根据公式(6),利用降雨数据、蒸发数据和径流数据,采用IDL编写程序可以计算研究区各空间单元水源涵养量,单位为mm,空间分辨率为1km2,计算结果如图7。

74!结论

(1)本文选择了青藏高原东南边缘祁连山地区

基于地表能量平衡与SCS模型的祁连山水源涵养能力研究

!274!!

聂忆黄/

地学前缘(EarthScienceFrontiers)2010,17(

3)

tyPublishingHouse,2008:121 122(inChinese).

[2]!HeinL,vanKoppenK,deGrootRS,etal.Spatialscales,

stakeholdersandthevaluationofecosystemservices[J].Eco logicalEconomics,2006,57(2):209 228.

[3]!CarpenterSR,DeFriesR,DietzT,etal.Millenniumeco

systemassessment:researchneeds[J].Science,2006,314:257 258.

[4]!TroyA,WilsonM.Mappingecosystemservices:Practical

challengesandopportunitiesinlinkingGISandvaluetransfer[J].EcologicalEconomics,2006,60(2):435 449.

[5]!CostanzaR,ArgeR,GrootR,etal.Thevalueofthe

world secosystemservicesandnaturalcapital[J].Nature,1997,387:253 260.

[6]!ZhangB,LiWH,XieGD,etal.Waterconservationfunc

tionanditsmeasurementmethodsofforestecosystem[J].ChineseJournalofEcology,2009,24(12):529 534(inChi nese).

[7]!FengZM,YangYZ,DingXQ,etal.Optimizationofthe

spatialinterpolationmethodsforclimateresources[J].Geo graphicalResearch,2004,23(3):357 364(inChinese).[8]!RoerinkGJ,SuZB.Menenti.S SEBI:Asimpleremote

sensingalgorithmtoestimatethesurfaceenergybalance[J].PhysicsandChemistryoftheEarth,2000,25(2):147 157.[9]!SuZB,ZhangT,MaYM,etal.Energyandwatercycleo

vertheTibetanPlateau:Surfaceenergybalanceandturbulentheatfluxes[J].AdvancesinEarthScience,2006,21(12):1224 1235.

[10]!SuZB.Thesurfaceenergybalancesystem(SEBS)foresti

mationofturbulentheatfluxes[J].HydrologyandEarthSystemSciences,2002,6(1):85 99.

[11]!SuZB,SchmuggeT,KustasWP,etal.Anevaluationof

twomodelsforestimationoftheroughnessheightforheattransferbetweenthelandsurfaceandtheatmosphere[J].JournalofAppliedMeteorology,2001,40:1933 1951.[12]!JinXM,WanL,SuZB.RegionalEvapotranspirationEsti

mationUsingRemoteSensingData[M].Beijing:GeologicalPublishingHouse,2008(inChinese).

[13]!DiluzioM,SrintvasanR.ArcviewInterfaceforSWAT2000

User sGuide[M].Texas:Grassland,SoilandWaterKesearchLaboratory,2002:13 35.

[14]!LewisMJ,SingerMJ,TateKW.ApplicabilityofSCScurve

numbermethodforaCaliforniaOakWoodlandsWatershed[J].JournalofSoilandWaterConservation,2000(2):226 230.[15]!MishraSK,SinghVP.SoilConservationServiceCurveN

umber(SCS CN)Methodology[M].Netherlands:Kluwer

图8!研究区水源涵养变化情况

Fig 8!Distributionofthechangeofwater

conservationinthestudyarea

衡法计算青藏高原水源涵养量的过程中,针对计算方法中地表径流量及地块蒸腾和蒸发量等数值难以获取与计算的难点,本文采用了地表能量平衡的原理来计算陆地实际蒸散发量,采用SCS模型来计算地表径流量,计算结果基本反映了该区水源涵养能力的空间分布及其变化情况。

(2)祁连山山地水源涵养重要区内水源涵养能力最强的区域为中部和东南部地区,而西部地区涵养水源的能力相对较弱;祁连山山地水源涵养重要区内中部和靠东南部的水源涵养能力减弱比较明显,特别是以门源回族自治县为中心,形成了一个水源涵养能力减弱带。

(3)文中应用SEBS模型计算山区蒸散量,具有一定误差,需要开展具体实验验证工作;另外本文中SCS流域水文模型各种参数主要来自于美国农业部水土保持局与国内的相关文献,与研究区具体情况有一定偏差,参数的验证与改进值得进一步讨论。将地表能量平衡原理与SCS模型引入计算区域水源涵养量给予了水量平衡法有益的启示和对照,在尚未出现十分科学、合理的计算方 …… 此处隐藏：4583字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……