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user: 4. 模型模拟及结果分析 4.1. 参数率定与模型评价 在模型参数率定过程中，常用的方法有SCE-UA法、基因法、罗森布瑞克法和单纯形法，其中，罗森布瑞克法的收敛速度最快，单纯形法和SCE-UA法次之，基因法最慢；SCE-UA法和基因法对参数初值的要求较低，而罗森布瑞克法和单纯形法对参数的要求较高；单纯形法和SCE-UA法的精度较高，罗森布瑞克法次之，基因法略差 [ 18 ] [ 19 ]。综合上述几种方法的优点，本文先采用SCE-UA法的率定结果作为参数初值，然后使用单纯形法进一步率定，从而得到最优的参数结果，其目标函数为 min F = ∑ i = 1 n ( R o b s ， i − R s i m ， i ) 2 (3) 式中：R obs ，i 、R sim ，i 分别为第i年(月)的实测径流深和模拟径流深，n为总年(月)数。 本文采用水量平衡系数R、径流深合格率DR(%)和纳什效率系数NSE作为模型精度的评价指标，R定义为模型模拟期内模拟总径流深与实测总径流深的比值，DR(%)定义为合格的年(月)份在整个模型模拟期的占比，一般认为计算径流深与实测径流深的相对误差小于20%就是合格的 [ 8 ]，可以表示为 R = ∑ i = 1 n R s i m ， i / ∑ i = 1 n R o b s ， i (4) D R ( % ) = n q / n × 100 % ( n q = | R o b s ， i − R s i m ， i | / R o b s ， s ≤ 20 % ) (5) N S E = 1 − ∑ i = 1 n ( R o b s ， i − R s i m ， i ) 2 / ∑ i = 1 n ( R o b s ， i − R o b s ， a v g ) 2 (6) 式中：R obs ，i 、R sim ，i 和n的意义与公式(3)相同，n q 为实测径流深与模拟径流深的相对误差小于20%的年(月)数，R obs，avg 为实测年(月)径流深的平均值。 一般来说，水量平衡系数R越接近于1，表示模拟的总径流深与实测的总径流深越接近；而径流深合格率DR(%)越接近100%，纳什效率系数NSE越接近于1，表示表明模拟的径流过程越接近于实测径流过程。 4.2. 年径流模拟 选用澜沧江流域1961~2004年的水文资料进行模型的参数率定和检验，其中，1991~2004年的土地利用数据精度相对较高，1985~1990年的土地利用数据精度相对较差。本文以1991~2004年作为率定期，以1985~1990年作为检验期，分别应用二水源和三水源LWHM-LUCC模型对澜沧江流域的年径流进行模拟，率定期和检验期的年径流模拟结果如图4所示，年径流模拟结果评价如表3所示。根据图4和表3分析可知：率定期和检验期的水量平衡系数均近似于1，径流深合格率均为100%，纳什效率系数均大于0.88，二水源和三水源的模拟精度相差较小，且两者的模拟年径流过程与实测年径流过程均较为接近，结果说明二水源和三水源LWHM-LUCC模型的年径流模拟效果基本相同，均具有较高的模拟精度。 图4. 澜沧江流域年径流模拟结果(模拟值1和模拟值2分别对应二水源和三水源模型的年径流模拟值) Table 3 Evaluation of annual runoff simulation results of the Lancang River basi 模型类别 时期 水量平衡系数 径流深合格率/% 纳什效率系数 二水源模型 率定期(1991~2004) 1.000 100.00 0.905 检验期(1985~1990) 0.978 100.00 0.935 三水源模型 率定期(1991~2004) 0.998 100.00 0.882 检验期(1985~1990) 0.985 100.00 0.921 表3. 澜沧江流域年径流模拟结果评价 4.3. 月径流模拟 本文继续以1991~2004年作为率定期，以1985~1990年作为检验期，分别应用二水源和三水源LWHM-LUCC模型对澜沧江流域的月径流进行模拟，率定期和检验期的月径流模拟结果如图5所示，月径流模拟结果评价如表4所示。根据图5和表4分析可知：率定期和检验期的水量平衡系数均近似于1，纳什效率系数均大于0.90，二水源和三水源模型相差较小，但三水源模型的径流深合格率大于70%，二水源模型的径流深合格率则约为50%，且相较于二水源模型，三水源模型的模拟月径流过程与实测月径流过程更为接近，结果说明三水源LWHM-LUCC模型的月径流模拟精度较高，而二水源LWHM-LUCC模型的月径流模拟精度略差，三水源LWHM-LUCC模型的月径流模拟效果优于二水源LWHM-LUCC模型。 图5. 澜沧江流域月径流模拟结果(模拟值1和模拟值2分别对应二水源和三水源模型的月径流模拟值) Table 4 Evaluation of monthly runoff simulation results of the Lancang River basi 模型类别 时期 水量平衡系数 径流深合格率/% 纳什效率系数 二水源模型 率定期(1991~2004) 0.992 53.57 0.934 检验期(1985~1990) 0.970 50.00 0.930 三水源模型 率定期(1991~2004) 1.004 73.21 0.953 检验期(1985~1990) 0.979 79.17 0.963 表4. 澜沧江流域月径流模拟结果评价 为了进一步分析二水源和三水源LWHM-LUCC模型对澜沧江流域不同月份的径流模拟效果，分别计算率定期(1991~2004年)、检验期(1985~1991年)和模拟期(1985~2004年)内各月份实测径流深与模拟径流深相对误差的平均值，如表5所示。根据表5分析可知：在二水源模型模拟结果中，6~11月三个时期的径流深相对误差均小于20%，其中7月的径流深相对误差最小，2~5月三个时期的径流深相对误差均大于20%；在三水源模型模拟结果中，1~3月和6~12月三个时期的径流深相对误差均小于20%，其中7月的径流深相对误差最小，而5月三个时期的径流深相对误差均大于20%；结果说明二水源和三水源LWHM-LUCC模型在汛期(6~10月)的径流模拟效果均优于非汛期(11月~次年5月)，尤其是7月的径流模拟效果最好，推测是由于非汛期径流以地下水补给为主，尽管三水源模型较二水源模型在径流模拟时有一定的提升，但LWHM-LUCC模型不能完全模拟流域的基流过程变化。 Table 5 Relative error of monthly runoff depth in the Lancang River basin (unit: percentage 月份 二水源模型 三水源模型 率定期 检验期 模拟期 率定期 检验期 模拟期 1 9.38 22.38 13.28 −3.73 −10.66 −8.58 2 32.86 43.40 36.02 −7.07 −4.93 −5.57 3 37.65 38.93 38.04 2.73 3.81 3.49 4 34.55 39.50 36.04 23.27 17.01 18.89 5 28.05 34.42 29.96 31.90 20.19 23.70 6 −1.61 13.87 3.04 14.77 −1.99 3.04 7 −0.24 1.55 0.30 4.38 −0.27 1.13 8 −10.31 −14.22 −11.49 −8.88 −3.29 −4.97 9 −15.24 −9.37 −13.48 −2.85 −6.36 −5.31 10 −15.74 −7.82 −13.37 1.00 −3.91 −2.44 11 −4.13 −13.13 −6.83 −5.23 −7.08 −6.53 12 22.67 16.68 20.88 −10.23 −6.04 −7.30 表5. 澜沧江流域月径流深相对误差(单位：%)