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黄河流域典型流域水文气象变化与径流过程模拟

管晓祥 金君良 黄爱明 詹慧婕 王国庆 刘翠善

管晓祥, 金君良, 黄爱明, 詹慧婕, 王国庆, 刘翠善. 黄河流域典型流域水文气象变化与径流过程模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (5): 36-43. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.005
引用本文: 管晓祥, 金君良, 黄爱明, 詹慧婕, 王国庆, 刘翠善. 黄河流域典型流域水文气象变化与径流过程模拟[J]. 水利水运工程学报, 2019, (5): 36-43. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.005
GUAN Xiaoxiang, JIN Junliang, HUANG Aiming, ZHAN Huijie, WANG Guoqing, LIU Cuishan. Typical hydro-meteorological changes and runoff process simulation in Yellow River basin[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (5): 36-43. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.005
Citation: GUAN Xiaoxiang, JIN Junliang, HUANG Aiming, ZHAN Huijie, WANG Guoqing, LIU Cuishan. Typical hydro-meteorological changes and runoff process simulation in Yellow River basin[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (5): 36-43. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.005

黄河流域典型流域水文气象变化与径流过程模拟

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.005
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51879164

国家重点研发计划资助项目 2017YFC0404403

国家自然科学基金资助项目 41401024

中央级公益性科研院所基本业务费资助项目 Y519016

国家自然科学基金资助项目 51679144

国家自然科学基金资助项目 51779144

中央级公益性科研院所基本业务费资助项目 Y519010

详细信息
    作者简介:

    管晓祥(1995—),男,江苏淮安人,硕士研究生,主要从事水文水资源模拟方面的研究。E-mail:xxguan@hhu.edu.cn

    通讯作者:

    金君良(E-mail:jljin@nhri.cn)

  • 中图分类号: TV11

Typical hydro-meteorological changes and runoff process simulation in Yellow River basin

  • 摘要: 典型流域水文气象分析及水文过程模拟是合理评价黄河流域水资源变化的重要基础。利用Mann-Kendall秩次相关检验法和均值差异T检验法分析了黄河流域7个典型流域的年降水量、年径流量和年均气温序列的变化特征,并采用VIC模型、新安江模型、WBM模型和GR4J模型模拟站点的径流过程。结果表明:各典型流域年均气温显著升高;年降水量变化趋势和突变情况均不明显;而年径流量呈显著下降趋势,且突变多发生在1980s。模型模拟结果表明4种水文模型在黄河流域应用效果较好。就Nash效率系数而言,VIC和新安江模型因为考虑产汇流过程较为详细,模拟径流过程与实测过程更贴近;就径流相对误差而言,WBM模型在水量模拟计算中表现较优,其结构简单,适用于流域水资源的模拟与评价。
  • 图  1  黄河流域水系及典型水文站点位置

    Figure  1.  Yellow River basin water system and its typical hydrological stations

    图  2  偏关站不同水文模型月径流模拟过程

    Figure  2.  Monthly simulated runoff processes of different hydrological models in Pianguan station

    表  1  典型流域水文站点主要信息

    Table  1.   Main information of typical hydrological stations

    流域 水文站点 面积/km2 资料年限 年平均降水量/mm 年平均径流深/mm 年平均气温/℃ 径流系数
    大汶河 戴村坝 8 264 1977—2000 870.9 73.9 13.9 0.085
    洮河 红旗 24 973 1951—2001 547.2 180.6 0.2 0.330
    三川河 后大成 4 105 1957—2002 487.1 51.1 7.0 0.105
    黄河 花园口 730 036 1951—1997 437.8 56.7 5.1 0.130
    黄河 唐乃亥 121 973 1956—1997 507.9 166.9 -4.9 0.329
    偏关河 偏关 1 896 1957—2013 425.3 14.7 4.3 0.035
    窟野河 温家川 8 515 1953—2010 404.0 64.7 8.0 0.160
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    表  2  水文站点资料序列Mann-Kendall趋势检验结果(显著性水平为0.05)

    Table  2.   Mann-Kendall trend testing results (significance level is 0.05)

    流域 水文站 年降水量 年径流量 年均气温
    M 趋势 是否显著 M 趋势 是否显著 M 趋势 是否显著
    大汶河 戴村坝 -0.59 0.29 4.35
    洮河 红旗 0.15 -2.93 3.79
    三川河 后大成 -0.37 -5.63 4.73
    黄河 花园口 -0.71 -3.77 4.93
    黄河 唐乃亥 1.84 -0.18 3.67
    偏关河 偏关 -0.04 -7.38 3.96
    窟野河 温家川 -0.13 -5.87 6.33
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    表  3  水文站点序列均值差异T检验结果(显著性水平为0.01)

    Table  3.   T-test results of mean difference of hydrologic stations (significance level is 0.01)

    水文站点 水文要素 T统计量 P 突变年份 是否显著
    戴村坝 P 1.630 1.19×10-1 1984
    Q -1.307 2.06×10-1 1989
    红旗 P -2.937 1.20×10-2 1957
    Q 5.473 3.69×10-6 1994
    Q 2.824 8.87×10-3 1987
    后大成 P 2.828 1.11×10-2 1991
    Q 4.357 9.83×10-5 1980
    Q 7.989 1.39×10-10 1997
    花园口 P -2.899 3.03×10-2 1991
    Q 5.567 3.59×10-6 1986
    唐乃亥 P -2.517 4.77×10-2 1960
    Q -3.630 4.49×10-3 1960
    Q 6.322 4.29×10-3 1995
    偏关 P 1.842 7.27×10-1 1979
    Q 6.293 7.67×10-8 2000
    Q 7.946 1.67×10-10 2007
    温家川 P -1.314 2.38×10-1 1955
    Q 4.011 2.43×10-4 1980
    Q 11.442 6.29×10-16 1999
    Q 3.393 7.59×10-3 2004
    注:表中P表示典型流域面均年降水量序列,Q表示典型流域控制站年径流量序列。
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    表  4  率定期4种水文模型模拟精度

    Table  4.   Simulation accuracy by 4 hydrological models in calibration

    水文站 率定年限 Ens er/%
    VIC XAJ WBM GR4J VIC XAJ WBM GR4J
    戴村坝 1977—1987 0.82 0.64 0.53 0.88 2.50 11.10 0.56 42.00
    红旗 1965—1975 0.92 0.85 0.69 0.81 -0.03 -0.06 0.07 -5.90
    后大成 1957—1966 0.90 0.80 0.67 0.76 1.40 -0.91 0.02 -4.22
    温家川 1959—1967 0.69 0.71 0.73 0.82 1.10 2.42 0.07 -22.20
    花园口 1969—1979 0.92 0.70 0.78 0.63 10.40 -5.88 0.02 1.31
    偏关 1957—1966 0.74 0.84 0.77 0.76 -0.46 -10.90 -0.02 -14.80
    唐乃亥 1960—1970 0.91 0.85 0.78 0.72 -4.10 0.10 0.38 2.56
    均值 0.84 0.77 0.71 0.77 1.54 -0.59 0.16 -0.18
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    表  5  验证期4种水文模型模拟精度

    Table  5.   Simulation accuracy by 4 hydrological models in validation

    水文站 验证年限 Ens er/%
    VIC XAJ WBM GR4J VIC XAJ WBM GR4J
    戴村坝 1988—1994 0.80 0.87 0.79 0.75 2.62 21.50 0.54 35.30
    红旗 1976—1980 0.89 0.89 0.70 0.80 1.00 9.12 0.10 5.88
    后大成 1967—1972 0.87 0.64 0.65 0.64 2.43 -13.00 0.01 -3.15
    温家川 1968—1971 0.68 0.63 0.77 0.67 2.13 -9.53 0.05 -24.20
    花园口 1980—1982 0.89 0.69 0.60 0.71 10.52 -15.00 0.18 -9.85
    偏关 1967—1969 0.72 0.89 0.85 0.86 0.57 -1.67 0.06 -1.35
    唐乃亥 1971—1980 0.88 0.82 0.71 0.75 -3.07 -4.43 -16.90 -13.20
    均值 0.82 0.78 0.72 0.74 2.31 -1.87 -2.28 -1.52
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-11
  • 刊出日期:  2019-10-01

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