耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

吴燕锋; 章光新; 齐鹏; Rousseau Alain N; 胡宝军; 宋峥; 于成刚

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

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耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

吴燕锋, 章光新, 齐鹏, Rousseau Alain N, 胡宝军, 宋峥, 于成刚

文章导航 > 水科学进展 > 2019 > 30(3): 326-336

吴燕锋, 章光新, 齐鹏, Rousseau Alain N, 胡宝军, 宋峥, 于成刚. 耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价[J]. 水科学进展, 2019, 30(3): 326-336. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

引用本文:

WU Yanfeng, ZHANG Guangxin, QI Peng, ROUSSEAU Alain N, HU Baojun, SONG Zheng, YU Chenggang. Integration of wetland modules into the watershed hydrological model: assessment of simulation accuracy[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(3): 326-336. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

Citation:

WU Yanfeng, ZHANG Guangxin, QI Peng, ROUSSEAU Alain N, HU Baojun, SONG Zheng, YU Chenggang. Integration of wetland modules into the watershed hydrological model: assessment of simulation accuracy[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(3): 326-336. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

1.
中国科学院东北地理与农业生态研究所, 吉林长春 130102;
2.
中国科学院大学, 北京 100049;
3.
Institut National de la Recherche Scientifique-Eau Terre Environnement, G1K 9A9 Quebec, Canada;
4.
嫩江尼尔基水利水电有限责任公司, 黑龙江齐齐哈尔 161005;
5.
黑龙江省大兴安岭水文局, 黑龙江加格达奇 165000

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（41877160）；国家重点研发计划资助项目（2017YFC0406003）

详细信息

作者简介:
吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn

通讯作者:
章光新,E-mail:zhgx@neigae.ac.cn

中图分类号: TV11

Integration of wetland modules into the watershed hydrological model: assessment of simulation accuracy

1.
Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3.
Institut National de la Recherche Scientifique-Eau Terre Environnement, 490 rue de la Couronne, G1K 9A9 Quebec, Canada;
4.
Nenjiang Ni'erji Water Resources and Hydropower Co., Ltd., Qiqihar 161005, China;
5.
Daxinganling Hydrology Bureau of Heilongjiang Province, Jiagedaqi 165000, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.41877160) and the National Key R&D Program of China (No.2017YFC0406003).

摘要: 耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具，其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域，利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台，构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合，并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明，耦合湿地模块的流域水文模型，拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高，嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%，均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%，且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见，耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度，更好地定量评估湿地水文功能，为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。
- PHYSITEL/HYDROTEL模型平台 /
- 湿地模块 /
- 流域水文模型 /
- 模拟效率 /
- 嫩江流域
Abstract: Watershed hydrological modelling provides a methodology to evaluate the effects of wetlands on stream flow and watershed hydrology. In this study,the PHYSITEL/HYDROTEL modelling platform was used to assess the added-value of specific isolated wetland and riparian wetland modules. To achieve this goal,two sets of simulations were performed (with and without wetland modules) to assess the capacity of the modelling platform with respect to two river segments of the Nenjiang River Basin,Northeast China. The results showed that integration of specific wetland modules can improve the performance of HYDROTEL to simulate both stream flows and effects of wetlands watershed hydrology. During the calibration and validation periods,Nash-Sutcliffe and Kling-Gupta efficiency improved 3.08% and 4.64% and percent bias root and mean squared error decreased 12.72% and 55.93% as a result of the integration of wetland modules,respectively. This explicit assessment framework could be applied to study the effect of wetland restauration and recovery projects on watershed hydrology.
- PHYSITEL/HYDROTEL modelling platform /
- wetlands modules /
- watershed hydrological model /
- accuracy of discharge simulation /
- Nenjiang River basin

[1]	吴燕锋, 章光新. 流域湿地水文调蓄功能研究综述 . 水科学进展, 2021, 32(3): 458-469. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.03.014
[2]	刘扬李, 周祖昊, 刘佳嘉, 王鹏翔, 李玉庆, 朱熠明, 姜欣彤, 王康, 王富强. 基于水热耦合的青藏高原分布式水文模型——Ⅱ.考虑冰川和冻土的尼洋河流域水循环过程模拟 . 水科学进展, 2021, 32(2): 201-210. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.02.005
[3]	鲍振鑫, 张建云, 王国庆, 贺瑞敏, 金君良, 王婕, 吴厚发. 基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别——以黄河中游窟野河流域为例 . 水科学进展, 2021, 32(4): 485-496. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.04.001
[4]	董李勤, 章光新. 嫩江流域沼泽湿地景观变化及其水文驱动因素分析 . 水科学进展, 2013, 24(2): 177-183.
[5]	郭俊, 周建中, 周超, 王光谦, 张勇传. 概念性流域水文模型参数多目标优化率定 . 水科学进展, 2012, 23(4): 447-456. doi: CNKI:32.1309.P.20120614.2158.005
[6]	李润奎, 朱阿兴, 秦承志, 陈腊娇, 刘军志. 土壤数据对分布式流域水文模型模拟效果的影响 . 水科学进展, 2011, 22(2): 168-174.
[7]	张志才, 陈喜, 石朋, 魏玲娜. 喀斯特流域分布式水文模型及植被生态水文效应 . 水科学进展, 2009, 20(6): 806-811.
[8]	徐东霞, 章光新, 尹雄锐. 近50年嫩江流域径流变化及影响因素分析 . 水科学进展, 2009, 20(3): 416-421.
[9]	许士国, 刘大庆, 唐晓亮. 基于水库模型的扎龙湿地水循环模拟 . 水科学进展, 2008, 19(1): 36-42.
[10]	吴艳兰, 胡鹏, 刘永琼. 基于地图代数的数字地表流线模拟研究 . 水科学进展, 2007, 18(3): 356-361.
[11]	余钟波, 潘峰, 梁川, 梁忠民, 林朝晖, 任立良. 水文模型系统在峨嵋河流域洪水模拟中的应用 . 水科学进展, 2006, 17(5): 645-652.
[12]	熊立华, 郭生练, 田向荣. 基于DEM的分布式流域水文模型及应用 . 水科学进展, 2004, 15(4): 517-520.
[13]	刘昌明, 夏军, 郭生练, 郑红星, 王中根, 吴险峰, 郝芳华. 黄河流域分布式水文模型初步研究与进展 . 水科学进展, 2004, 15(4): 495-500.
[14]	郑红星, 王中根, 刘昌明, 赵为民. 基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅱ模型的校检与应用 . 水科学进展, 2004, 15(4): 506-510.
[15]	王中根, 郑红星, 刘昌明, 赵为民. 基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构 . 水科学进展, 2004, 15(4): 501-505.
[16]	郭方, 刘新仁, 任立良. 以地形为基础的流域水文模型——TOPMODEL及其拓宽应用 . 水科学进展, 2000, 11(3): 396-301.
[17]	李琪. 全国水文预报技术竞赛参赛流域水文模型分析 . 水科学进展, 1998, 9(2): 191-195.
[18]	芮孝芳. 流域水文模型研究中的若干问题 . 水科学进展, 1997, 8(1): 94-98.
[19]	包为民, 陈耀庭. 中大流域水沙耦合模拟物理概念模型 . 水科学进展, 1994, 5(4): 287-292.
[20]	张国祥. 常用流域水文模型若干问题探讨 . 水科学进展, 1994, 5(3): 248-253.

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耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

1. 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 吉林长春 130102;

2. 中国科学院大学, 北京 100049;

3. Institut National de la Recherche Scientifique-Eau Terre Environnement, G1K 9A9 Quebec, Canada;

4. 嫩江尼尔基水利水电有限责任公司, 黑龙江齐齐哈尔 161005;

5. 黑龙江省大兴安岭水文局, 黑龙江加格达奇 165000

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（41877160）；国家重点研发计划资助项目（2017YFC0406003）

作者简介:
吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn

通讯作者: 章光新,E-mail:zhgx@neigae.ac.cn

收稿日期: 2018-11-30
刊出日期: 2019-06-25

中图分类号: TV11

关键词:

PHYSITEL/HYDROTEL模型平台 /

摘要: 耦合湿地模块的流域水文模型是开展流域湿地变化的水文效应及其水文功能评估的有效工具，其模拟效率直接关系到模拟精度和应用价值。选取中国湿地主要分布区之一的嫩江流域，利用PHYSITEL/HYDROTEL模型平台，构建孤立湿地和河滨湿地模块并与流域水文模型耦合，并从拟合优度指数和模拟效率角度评价了耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率。结果表明，耦合湿地模块的流域水文模型，拟合和验证期间模型的拟合度指数均有所提高，嫩江富拉尔基和大赉水文站控制流域的Nash-Sutcliffe系数和克林效率系数平均提高了3.08%和4.64%，均方根误差和相对偏差平均降低了12.72%和55.93%，且整个研究时段模拟结果的流量指数总体更接近于观测的径流数据。可见，耦合湿地模块的流域水文模型可提高水文过程模拟精度，更好地定量评估湿地水文功能，为流域水资源精准调控与湿地修复保护提供重要支撑。

English Abstract

Integration of wetland modules into the watershed hydrological model: assessment of simulation accuracy

1. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China;

2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;

3. Institut National de la Recherche Scientifique-Eau Terre Environnement, 490 rue de la Couronne, G1K 9A9 Quebec, Canada;

4. Nenjiang Ni'erji Water Resources and Hydropower Co., Ltd., Qiqihar 161005, China;

5. Daxinganling Hydrology Bureau of Heilongjiang Province, Jiagedaqi 165000, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.41877160) and the National Key R&D Program of China (No.2017YFC0406003).

Received Date: 2018-11-30
Publish Date: 2019-06-25

Keywords:

Abstract: Watershed hydrological modelling provides a methodology to evaluate the effects of wetlands on stream flow and watershed hydrology. In this study,the PHYSITEL/HYDROTEL modelling platform was used to assess the added-value of specific isolated wetland and riparian wetland modules. To achieve this goal,two sets of simulations were performed (with and without wetland modules) to assess the capacity of the modelling platform with respect to two river segments of the Nenjiang River Basin,Northeast China. The results showed that integration of specific wetland modules can improve the performance of HYDROTEL to simulate both stream flows and effects of wetlands watershed hydrology. During the calibration and validation periods,Nash-Sutcliffe and Kling-Gupta efficiency improved 3.08% and 4.64% and percent bias root and mean squared error decreased 12.72% and 55.93% as a result of the integration of wetland modules,respectively. This explicit assessment framework could be applied to study the effect of wetland restauration and recovery projects on watershed hydrology.

引用本文:

Citation:

WU Yanfeng, ZHANG Guangxin, QI Peng, ROUSSEAU Alain N, HU Baojun, SONG Zheng, YU Chenggang. Integration of wetland modules into the watershed hydrological model: assessment of simulation accuracy[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(3): 326-336. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

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耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

作者简介: 吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn

通讯作者: 章光新,E-mail:zhgx@neigae.ac.cn

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耦合湿地模块的流域水文模型模拟效率评价

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.03.003

作者简介: 吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn

通讯作者: 章光新,E-mail:zhgx@neigae.ac.cn

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作者简介:
吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn

通讯作者:
章光新,E-mail:zhgx@neigae.ac.cn

作者简介:
吴燕锋(1986-),男,河南沈丘人,博士研究生,主要从事湿地生态水文、水文与水资源方面研究。E-mail:wuyanfeng@iga.ac.cn