分布式水文模型对土壤数据的响应及其尺度依赖性研究

Effects of soil spatial data on distributed hydrologic modeling are largely affected by the size of catchment under study. Most research has focused on the effects at single scales; however, the effects in the context of spatial aggregation across different scales are largely missing. And soil data selection is still difficult due to the inconsistent results of present research. This proposal intends to examine the responses of models to soil data by comparing the simulated results across scales from watershed models based on multiple spatial details of soil data. The study will be validated by different models at different watersheds. This proposal aims at clarifying the degree, pattern and mechanism of the responses of hydrological models to soil data under different watershed scales, and also to provide the basic knowledge of effects of soil data on distributed hydrologic modeling. Results of this study have the potential to provide practical guidance for not only soil data selection during, but also provide useful information for other spatial data selection in distributed hydrologic modeling practices.

分布式水文模型对土壤数据空间详细程度的响应受模拟流域尺度大小的影响。现有研究集中在单一流域尺度上判断土壤数据空间详细程度对模拟结果的影响，忽略了流域尺度大小的潜在作用，所得结论不一，难以指导土壤数据选取。本研究针对这一问题，以流域尺度大小为出发点，构建面积从小到大连续变化的流域，基于现有多级空间详细程度土壤数据，以常用分布式水文模型为工具，研究模型对土壤数据的响应随流域尺度的变化特征，采用不同机理模型和不同研究区对分析结果进行验证。本研究旨在揭示分布式水文模型对土壤数据空间详细程度响应的流域尺度依赖性，阐明分布式水文模型在不同流域尺度下对土壤数据响应的程度、规律及其影响机制，丰富分布式水文模型对土壤数据响应方面的基础知识。研究结果不仅可为不同流域尺度分布式水文模拟时的土壤数据选取提供依据，还可为分布式水文模型的其他空间数据选取提供指导。

选取了10~1000平方公里级别的3个代表性流域，构建了面积从小到大连续变化的一系列子流域，分别以常见的3种不同详细程度的土壤图作为输入，分析了常用分布式水文模型对不同详细程度土壤数据的响应及其随流域尺度的变化特征。取得以下进展：（1）提出了定量评价两幅栅格图之间差别的指标；（2）基于不同详细程度土壤图模拟的年均产水量在局部地区出现显著的差别，流域平均局部差别约10%~20%；（3）在子流域水平上，模拟径流的差别随着汇流面积的增大逐渐减小并趋于稳定；（4）模型对土壤数据响应的尺度依赖性产生的原因，在于土壤属性的空间差别引起的单个模拟单元上的径流差别在汇流过程中发生了综合；（5）提出了描述模型对土壤数据响应程度的定量表达公式。研究结论揭示出，当以径流总量模拟为目标时，若流域面积大于一定阈值，较粗的土壤数据同样可能取得较好的模拟效果；对于注重空间分布、流域面积较小或流域过程模拟时，需采用详细数据。