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青海湖是中国最大的内陆咸水湖,是候鸟繁育的重要高原栖息生境。湖水以地表径流和湖面降水补给为主。在入湖的50余条河流中,以布哈河最大,其流域面积及径流量占青海湖流域的一半左右。由于受全球气候变暖和人类活动加剧的综合影响,出现草场植被退化、湖水水位下降、湿地萎缩、候鸟生境恶化等生态问题。为有效保护和恢复青海湖流域生态环境,需要从青海湖流域水文过程、生态功能、经济发展的综合科学问题入手,而布哈河的水文过程研究是青海湖生态环境保护与恢复的基础。
分布式水文模型已成为流域水文水资源分析的重要手段。因此,应用国际上广泛应用的SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)模型,对布哈河流域进行了近十年的水文过程模拟,开展了SWAT模型在高原寒区应用的适宜性研究。鉴于降水和气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素,从降水和气温的空间化入手,以反距离加权(IDW)、梯度距离权重反比法(GIDW)、样条函数(Spline)和克里金(Kriging)四种空间插值方法空间化降水、气温数据,驱动SWAT模型,分析了气象数据的不确定性对径流模拟的影响。除驱动数据对水文模拟影响外,由于水文模型的复杂性,以及参数多且多数参数不可测和观测数据的误差,将导致水文模型参数率定、水文模拟与预报存在很大的不确定性。应用GLUE和ParaSol方法进行了参数不确定性分析。针对布哈河流域的综合研究结果表明:简单考虑了融雪和冻土水文过程的SWAT模型,对观测资料相对缺乏的青海湖布哈河流域的月径流模拟效果较好,Nash-Suttclife系数为0.83,相关系数为0.92;GIDW和IDW更适合于布哈河流域气象要素空间插值;模型参数存在很大的不确定性,95%置信水平的月径流观测值包括率最高仅为67%,而数据不确定性是造成参数不确定性的重要原因。
通过以上研究,形成了一套分布式水文模型建立、应用、数据不确定性分析和参数不确定性分析的完整体系,为深入布哈河流域水文过程研究奠定了基础,可为布哈河流域管理、生态恢复以及青海湖国家级自然保护区对鸟类栖息地保护提供科学支持。