高寒流域水文模拟与径流水源解析

——以雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为例

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摘要 为深入研究高寒流域河川径流的水源解析，选取雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为研究区，采用月流量、遥感积雪面积数据、实测冰川径流数据等多目标率定方法，改进单一依靠流量数据率定模型的方法，基于SPHY（Spatial Processes in Hydrology）水文模型开展水文模拟及径流组分研究，提高了总体建模质量．结果表明：在率定期和验证期Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.95和0.94，模型具有较好的适用性，降雨径流、融雪径流、冰川径流和基流作为径流来源，占总径流的比例分别为10%、25%、45%和20%，冰川径流和融雪径流是最重要的补给来源，月尺度上，冰川径流在7-8月占比最大，融雪径流在4-6月占比最大，降雨径流在各月占比最小，冰川径流占比最高，短期内可提供更多水资源保障社会经济发展，长期而言冰川径流将逐渐减少，造成水资源短缺．因此，当地需提高应对径流变化潜在风险的策略，

关键词 水文模拟；径流水源解析；SPHY水文模型；雅鲁藏布江；帕隆藏布上游流域

中图分类号TV121 DOI：10.12202/j.0476-0301.2022240

0引言

青藏高原海拔高、气候寒冷、生态环境十分脆弱，是全球典型的高寒区．在全球气候变暖背景下，青藏高原出现气温快速升高，冰川加速退缩、湖泊显著扩张、冰川径流增加等失衡现象，进一步导致冰崩、冰湖崩决等重大灾害，加剧了未来水资源短缺的潜在风险，雅鲁藏布扛流域位于青藏高原东南部，属于典型的高寒区，快速的气候变暖显著影响着流域内植被、积雪、冰川、冻土和地下水等一系列水文要素，强烈改变着流域内的水文过程，引起包括降雨、融雪径流、冰川径流和地下水在内的径流水源发生变化．

目前，以青藏高原为代表的高寒区面临着径流水源组成和路径不清、无法科学有效指导当地水资源综合利用与环境保护的理论与现实问题，亟待深入系统研究、解析其径流水源组成和路径，揭示高寒区水循环过程，为当地水资源开发利用和风险管控提供依据．径流水源解析主要包括2种方法：基于示踪元素的反向解析方法和基于水文模型的正向解析方法．基于示踪元素的反向解析方法依赖于野外示踪监测，一般应用于径流端元明确、流域面积较小的流域，分布式水文模型多基于连续方程、能量方程和动量方程为中心的基本物理方程，具有极强的物理机制，能够较为方便地对各种径流水源进行模拟和量化．在雅鲁藏布江流域，许多学者采用不同的水文模型开展有关径流模拟及径流水源解析方面的研究．例如：Bookhagen等基于SRM模型，采用更多的遥感数据计算得到2000-2007年积雪和冰川径流占雅鲁藏布江流域总径流的比例为34.4%; immerzeel等基于SRM模型计算得到2000-2007年积雪和冰川径流占雅鲁藏布江流域总径流的27%， Lutz等采用SPHY模型研究得到雅鲁藏布江流域1998-2007年积雪和冰川径流占总径流的比例分别为9%和15.9%; Su等采用改进的VIC模型预估在2050年左右雅鲁藏布江流域积雪和冰川径流占总径流的比例分别为23%和11.6%，未来冰川径流将增加到14%-21%；Chen等基于改进的CREST模型，计算得到雅鲁藏布江流域2003-2014年积雪和冰川径流占总径流的比例分别为10.6%和9.9%；田富强等在雅鲁藏布江流域开展径流水源组成解析，研究得出2001-2015年降雨、融雪、融冰水源对总径流量的贡献比例分别为66%、20%和14%；Xin等基于改进的Budyko框架研究1998-2015年雅鲁藏布江流域气候和下垫面对径流贡献，得出降水、潜在蒸散发、下垫面和冰川对径流增长的贡献分别为39.62%、-2.74%、32.32%和30.94%．以上研究者大多研究了积雪和冰川径流占雅鲁藏布江总径流的贡献，不同之处在于一些研究者可能未区分积雪和冰川径流各自占总径流的比例，且得到的径流解析结果存在差异，主要原因可归结为采用的驱动数据、率定方法、不同研究者采用的水源组成的定义方式不同，以及寒区水文模拟存在的不确定性和“异参同效”性。（剩余0字）