气候变化下利用MIKE SHE模型评价水土保持措施对流域水文的影响

01 研究背景 MIKE-SHE模型是评估流域水土保持措施影响的有用工具。然而，未来气候对MIKE-SHE模型模拟的治理工程对流域水文的影响这方面研究较少。MIKE-SHE模型能够在不断变化的气候条件下实现地表流、渠道流和地下水流之间的动态相互作用。本研究的目的是使用MIKE-SHE模型评估考虑未来气候下治理工程对流域水文的影响

01 研究背景

MIKE-SHE模型是评估流域水土保持措施影响的有用工具。然而，未来气候对MIKE-SHE模型模拟的治理工程对流域水文的影响这方面研究较少。MIKE-SHE模型能够在不断变化的气候条件下实现地表流、渠道流和地下水流之间的动态相互作用。本研究的目的是使用MIKE-SHE模型评估考虑未来气候下治理工程对流域水文的影响。

02 研究区域及方法

【研究区域】

Guptamani微型流域（22°20′–22°22′N，87°08′45″–87°10′50″E）位于印度西孟加拉邦西米德纳波尔区西部，面积为700ha 。

【数据来源】

连续降雨和日蒸发数据：小流域内气象站设置了虹吸式自动雨量计和标准 USWB a 级盘式蒸发器来测量。

连续径流深度：在小流域出口安装自动水位记录仪以记录连续径流深度。

地下水位：每两周监测一次微型流域六个地点观测井的地下水位。

水文气象和地下水位数据收集时间为 2007 年至 2009 年。

未来气候数据：RegCM4区域气候模型的2010-2040年期间的日预测降雨量。

【研究方法】

参数设置：叶面积指数(LAI)和根深由植被属性文件(vegetation properties file)定义。Strickler糙率系数（相当于曼宁系数）规定用于地表水流分量。MIKESHE使用MIKE11模拟通道流。MIKE11包括用于模拟复杂河道网络、湖泊和水库以及河流结构的综合设施。MIKE11模型中规定了横截面、水流网络和水动力学参数。通过设置宽顶堰，将微型流域中的治理工程纳入模型。治理工程的详细信息插入河网编辑器的结构对话框中。MIKE11通过定义MIKE11与MIKESHE的交互范围来与MIKE-SHE模型耦合。

模型校准：MIKESHE首先使用2007年6月1日至2008年4月30日的数据进行校准，并使用2008年5月1日到2009年4月31日的数据对微流域进行验证。校准过程中使用了流域出口的地表径流和选定观测井的地下水位，以定量比较模拟和测量数据的时空变化。

模型性能评价：利用Nash-Sutcliffe效率参数(NSE)和径流量偏差Dv.来评价模型性能。

式中， O i 测得的日流量； O i ’ 为计算的日流量； O 为实测流量平均值； n 为日流量值的数量

式中， V 为实测径流量 / 水位； V ′为模型计算的径流量 / 水位

降雨分析：趋势分析采用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计器，以确定降雨趋势。Kharagpur站1979年至2009年（基准期）的降雨数据用于检测当前的降雨趋势。同时，还对2010年至2040年期间RCP 4.5和RCP 8.5情景下的RegCM4未来预测降雨量进行了趋势分析。图3显示了2010年至2039年期间的降雨量。RCP 4.5和RCP 8.5下的未来预测降雨量低于哈拉格普尔站的平均降雨量。

03 研究结果

（1）校验结果：校准的MIKE-SHE模型在校验中表现良好，因此，所得结果可用于对微流域进行进一步模拟。

（2）降雨趋势：根据RCP 4.5和RCP 8.5情景的降雨趋势预测，近期降雨量可能会减少。

（3）治理工程影响：治理工程管理和气候情景相结合的长期模拟结果表明，在未来气候变化时期，治理工程能保护地表径流和加强地下水补给。

04 编者观点

本文通过MIKE SHE和MIKE 11模型耦合研究了治理工程在保护地表径流和加强地下水补给方面的效用，但治理工程的位置分配方面还需深入研究，有助于流域发展计划决策，包括在气候变化条件下水资源的分配规划。

05 参考文献及作者简介

文章来源

Ramteke, G., Singh, R. & Chatterjee, C. Assessing Impacts of Conservation Measures on Watershed Hydrology Using MIKE SHE Model in the Face of Climate Change.Water Resour Manage 34, 4233–4252 (2020).

原文链接

https://doi.org/10.1007/s11269-020-02669-3

作者简介

刘子涵，西北农林科技大学水土保持研究所，水土保持与荒漠化防治专业。