基于SWAT模型的锦绣川流域土地利用和覆被变化的水文响应分析

为了解决济南锦绣川流域土地利用变化显著的问题,保护济南泉水的重要补给区,研究流域土地利用和覆被变化的水文响应,构建建立SWAT模型所需的流域的土地利用数据库、土壤数据库以及2006—2012年的水文气象数据库,利用SWAT模型模拟流域径流过程并率定模型参数;通过遥感影像分析1988、1996、2002、2009、2014年夏季的系列土地利用和覆被变化,利用率定后的模型模拟降水条件相同而下垫面条件不同时的流域径流过程,定性评价流域土地利用和覆被变化的水文响应,并分析其影响因素。结果表明:SWAT模型可以较好地模拟研究区的径流过程,具有较强的适用性;土地利用变化会引起流域年径流总量与年内流量过程的变化,1988—2002年及2002—2014年流域地表径流分别增加了0.92%、0.66%;水体、道路、居民点用地面积大幅增加与草地面积减少是流域径流变化的主要原因。     

基于S WA T模型的母猪河流域水资源时空变化特征研究

在山东胶东半岛母猪河流域构建了分布式水文模型SWAT,在模型参数敏感性分析、参数率定、模型验证的基础上,对研究区月水文过程进行模拟,并在此基础上分析了母猪河流域近年来水资源时空变化特征.研究结果表明米山水库水文站月径流过程模拟效果较好,率定期和验证期R2和ENS均在0.8左右.母猪河流域多年平均年径流深为372.5mm,西母猪河源区年均径流深较高,东母猪河子流域较低,流域年径流深基本上呈西高东低的空间分布特征.春夏两季与年径流深空间分布特征较为一致,而秋冬两季径流深空间分布较均匀.汛期7—10月份流域产流量约占全年总产流量84%,极易引发流域性大洪水,而非汛期产流量严重不足,流域水资源短缺问题十分严峻.     

基于BPCC模型的径流对气候波动和覆被变化的响应

为了研究气候波动和覆被变化对中小流域径流的影响,对BPCC分布式水文模型进行敏感参数分析。根据降雨、温度、和归一化植被指数NDVI的变化趋势计算3个影响因子单独和组合变化前后的径流深。对岷江镇江关流域1980—2003年间的计算结果表明:3种因子的综合影响使流域径流减少11.5%;各因子单独作用的贡献率分别为39.3%、45.4%和15.9%,一定变幅下的单位贡献率分别为9.4%、2.4%和12.2%;计算结果显示气候波动(气候因素)与覆被变化(人为因素)的贡献率之比约为5∶1。     

基于SWAT模型干旱区内陆河流域径流成分的模拟分析——以玛纳斯河上游为例

干旱区内陆河流域径流主要来源于山区降水,但降雨产流和融雪产流对山前绿洲水资源的时空供给周期与强度有很大不同,因此区分径流成分对流域的水文预报和水资源配置具有重要意义。本文以西北干旱区典型内陆河流域——玛纳斯河流域上游为例,基于历史逐月径流资料(1980-2000年),应用SWAT分布式水文模型对玛纳斯河上游径流成分进行模拟分析。分析结果表明:SWAT分布式水文模型可以有效的模拟玛纳斯河的径流变化特征,在率定期和验证期,Nash-Sutcliffe效率系数以及决定系数r~2分别高于0.81和0.89,达到评价标准。基于水量平衡原理的计算结果表明:多年流域的实际蒸散发量、地表径流量、土壤对地下水补给量、地下侧流量分别占降水量的53.54%、25.51%、17.60%和3.35%,进一步分析表明雪冰融水占降水量的64.50%,说明该流域的径流量主要来自雪冰融水,但各月降水量变化趋势与地表径流量的变化趋势具有一致性,说明大部分降水转化为径流的时间较短。该研究对流域水文预报和水资源调控具有参考意义。     

基于SWAT模型的缺资料流域径流模拟研究

为实现流域水功能区水质目标管理,需要知道河道各控制断面的径流情况,然而中小河流常因水文站点缺乏而难以满足要求,为此,本文以赣江袁河流域为例,利用袁河上游芦溪、茅洲两站的实测资料构建了分布式SWAT水文模型,以月径流模拟的相对误差、相关系数和Nash-Suttcliffe效率系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定和验证.然后,利用已建立的袁河流域分布式SWAT模型模拟分析了下游无资料地区的径流数据.结果表明:以流域内有资料的区域为基础构建分布式SWAT分布式水文模型推求中下游无资料地区径流过程的方法具有物理成因、能够充分考虑流域的水循环特征,是一种缺资料流域推求径流比较实用的方法.     

SWAT模型在青海湖布哈河流域径流变化成因分析中的应用

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,利用分布式水文模型SWAT对青海湖布哈河流域过去几十年径流变化进行了模拟研究.研究结果表明,20世纪80~90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,对布哈河径流变化进行了预测,得出未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势的结论.     

基于SWAT模型的古浪河流域径流模拟

在采用RS、GIS技术建立的土地利用数据库、土壤数据库和气象数据库的基础上,构建了基于SWAT模型的石羊河典型流域——古浪河流域分布式水文模型.以2000—2003年作为率定期,2004—2005年作为验证期,对模型进行了参数率定和验证.其中,率定期模型的效率系数和水量平衡系数分别为0.62和1.26,验证期分别为0.75和1.00.结果表明,SWAT模型适用于该流域.在此基础上对古浪河流域降水和径流的时空分布进行了分析,表明人类活动对地表径流的影响较大.     

土地利用/覆被和气候变化对万泉河上游流域径流的影响

为探究万泉河流域径流对土地利用/覆被变化(LUCC)和气候变化的响应，通过建立万泉河上游流域的SWAT模型，设置了不同情景，定量分析了LUCC和气候变化对径流的影响.结果表明，SWAT模型在万泉河上游流域的适用性较好，率定期和验证期的相关系数(R²)以及纳什效率系数(E_ns)均大于0.80.设置极端土地利用/覆被情景，将所有人工林转化为耕地、耕地转化为天然林、人工林转化为天然林，月均径流量的变化幅度分别是13.66%、-2.46%和-9.74%，这表明耕地的产流能力最强，其次是人工林，最后为天然林.所设置的不同气候情景表明，月均径流量变化与降雨量成正比，与气温成反比.设置土地利用/覆被和气候综合情景，对比1990年，2018年LUCC使月均径流量增加了1.32%;2006—2018年气候变化使月均径流量增加了8.97%；相比LUCC，气候变化是引起流域径流变化的主要因素.     

汉江上游不同气候情景下土地利用变化对径流的影响研究

研究了3种气候情景下,汉江上游丹江口以上流域土地利用变化对径流的影响.收集了1980、1995和2000年的土地利用和相应年代的气象数据,用SWAT模型进行汉江上游丹江口以上流域的水文模拟,利用模型进行了9种气候和土地利用组合情景的径流模拟,对比分析不同气候条件、不同土地利用下的径流变化.结果表明,土地利用变化对汉江上游流域产汇流特性有一定的影响.不同气候条件下,径流对土地利用变化的响应程度不同.其中相对干旱的20世纪90年代,径流对土地利用变化最敏感.相同的土地利用变化情况,在不同气候条件下,对径流的影响也不同.     

土地利用变化对洮河流域径流过程的影响

以洮河流域为研究区,基于SWAT模型模拟,从多年平均径流、典型年径流和径流波动性等3方面探讨土地利用变化对河川径流过程的影响.结果表明:1980s-2000s洮河流域土地利用变化背景下,上游甘南片区径流量减少、下游黄土片区径流量增加;土地利用变化对上游枯水年径流和下游丰、平水年影响较大;对洮河上游甘南片区径流波动有微弱抑制,使洮河下游黄土片区的径流波动有一定的增强.     

SWAT模型的研究进展及展望*

研究目的：综述SWAT模型在国内外的研究进展并进行应用展望。研究方法：文献资料法、理论评述与现状结合分析法。研究结果：梳理SWAT模型在国内外的流域水文水资源管理中应用成功的案例,归纳并评述了SWAT模型在径流模拟、土壤侵蚀、非电源污染、蒸腾蒸发以及土地利用/覆被变化、气候变化对径流的影响六个方面的研究进展,指出了当前研究中存在数据资料不完备、模拟精度较低、模型自身具有局限性等问题。应用展望：为进一步满足社会需求,对SWAT模型模拟土壤质地对径流的影响以及SWAT模型与WRAP模型、WEAP模型等耦合使用进行了展望。     

滹沱河上游流域径流变化归因分析

以滹沱河上游流域为研究对象,采用4种基于Budyko假设的弹性系数法和SWAT模型,量化气候变化和人类活动对径流变化的贡献率．结果表明:1961—2016年,滹沱河上游流域年降水、年径流分别呈下降、显著下降趋势,而潜在蒸散发呈显著上升趋势,流域的干旱化趋势明显．基于弹性系数法的计算结果显示,气候变化对径流减少的贡献率为49.62%~61.67%,人类活动的贡献率则为38.33%~50.38%．而SWAT模拟结果却表明:气候变化的贡献率高达84.42%,而人类活动贡献率仅为15.58%．这种差异性主要源于Budyko方程中的下垫面参数反映的不仅是人类活动,还包括气候变化的影响．因此,气候变化是滹沱河上游径流减少的主要因素,但人类活动对径流的影响正日益增强．使得滹沱河上游径流减少的具体人类活动并非是土地利用类型的改变,而是经济、人口的增长所导致的水资源的过度开发利用．      

黄垒河流域气候与土地利用变化对径流的影响

以山东胶东半岛黄垒河流域为研究区,构建了SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析、率定与验证研究,对巫山水文站2011—2018年月径流量数据进行模拟,在此基础上设置3类变化情景,定量识别黄垒河流域内气候变化与土地利用变化下的水文响应情况。结果表明:1）SWAT模型在黄垒河径流模拟中具有较好的适用性,模型率定期的R2、E_NS分别为0.74和0.71,验证期R2、E_NS分别为0.69和0.72;2）综合型情景模拟分析得出,气候变化、土地利用变化及二者共同变化均引起流域内年均径流增加,分别使年均径流量增加0.14 、0.05 、0.19 m3? s?1,径流量对气候变化比土地利用变化更敏感,径流变化由气候变化主导;3）气候变化情景模拟分析得出,流域内年均径流量与降水变化成正相关,降水增加比降水减少对径流变化作用更显著,气温升高对流量变化有负效应,流量对气温升高比气温降低更敏感;4）极端土地利用情景模拟分析得出,城市扩张情景、耕地保护情景、退耕还林情景、城市绿化情景下,年均径流变化率分别为5.04%、2.71%、?8.17%、?4.23%,居民地、耕地具有增流作用,且居民地增流作用大于耕地,林地则具有较显著的减流作用. 需加强对流域内气温和降水,特别是强降雨的预测和防汛预警,并通过优化土地利用结构及空间布局减缓气候变化带来的水文负效应,实现流域水量平衡.      

SWAT 模型的开发与应用进展

为了跟踪SWAT模型近年来的发展与应用趋势,从分析该模型的特征着手,回顾该模型的开发与完善历史,比较了该模型与国内外常用的ANSWERS,CREAMS,GLEAMS,DWSM,MIKESHE,AG-NPS,EPIC等模型在性能上的主要差异,对该模型近几年来在国内外不同领域及不同时空尺度的应用进行综述,重点包括水质和水量模拟评估、非点源污染负荷估算及形成机制探讨、情景分析与预测、环境变化及农业管理措施对水文水质的影响、气候变化对区域水循环和作物生长的影响、模型数据预处理及率定方法、模型不确定性研究、该模型与其他模型的耦合,以及该模型在不同地区适应性评估与应用、不同应用领域对该模型的修正或改正等内容.     

近50年渭河关中地区地表径流变化及其归因分析?

采用流域水文过程模拟和水文气象统计学相结合的方法,归因分析了近50a来渭河关中地区地表径流的变化.通过对关中地区1958—2008年水文气象要素进行趋势检验分析,发现近50a来该区域地表径流量呈现显著下降趋势,而降雨量和潜在蒸散发量没有明显的变化,说明径流的变化主要受人类活动的影响,并用Mann-Kendall法检验出1990年为径流过程的突变点.基于此,构建SIMHYD月降雨—径流水文模型,以1958—1989年为模拟预处理期,1990—2008年为模拟检测期,通过模拟分析获得气候变化和人类活动对径流影响的归因分析结果.同时采用改进的气候弹性系数法对上述径流变化归因分析进行验证,也得到了近似的结果.结果表明,气候变化对径流减少的影响程度为18%~22%,而人类活动为78%~82%.     

甘肃葫芦河流域径流变化的SWAT模型模拟

利用SWAT模型模拟研究了甘肃葫芦河流域过去9年的径流变化.结果表明:20世纪80-90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,模拟了葫芦河1985年的径流变化.得出气温影响相对较小,降水变化对葫芦河流域径流量的影响较大,径流量随降水的增加而增大,随气温的升高而减小.在气温降低配合降水增加的情况下,径流响应最剧烈,且呈明显增加趋势;相反,气温升高且降水减少不利于径流的产生,减少了实测值的61%.     

杭州湾地区生态-气候监测预警系统及其应用

基于3S技术、中尺度模式及动态植被模式建立了生态-气候监测预警系统,其中包括4个子系统:土地覆盖动态监测系统、城市热岛动态监测系统、城市气候监测系统和植被NPP模拟与监测系统.利用土地覆盖监测系统可以精确地获取各种土地覆盖类型,并分析土地利用覆盖变化;利用土地覆盖监测系统结果、Landsat-TM红外影像及常规气象资料构建城市热岛监测系统,分析该地区城市热岛效应的时空变化:利用土地覆盖分类结果,对改变下垫面进行敏感性试验,模拟城市发展对城市气候的影响,构建城市气候监测系统:利用LPJ模拟杭州湾地区植被NPP及对气候变化的响应,构建植被NPP模拟与监测系统.生态预警系统可以实时监测土地覆盖、城市热岛、城市气候、植被NPP变化.对保护耕地资源、改善生态环境、提高城市人居环境、合理利用气候资源、保持农林业的可持续发展有着重要的指导和现实意义.     

Modeling the radiation balance of different urban underlying surfaces

An urban net all-wave radiation parameterization scheme is evaluated using annual datasets for 2010 recorded at a Beijing urban observation site.The statistical relationship between observed data and simulation data of net radiation has a correlation coefficient of 0.98 and model efficiency of 0.93.Therefore,it can be used to simulate the radiation balance of Beijing.This study analyzes the variation in the radiation balance for different underlying surfaces.To simulate radiation balance differences,we set four pure land-cover types(forest,grass,roads,and buildings).Keeping all other conditions inputted unchanged,we model the radiation balance by changing the land-cover type.The results show that the effects of different underlying surfaces on radiation differ,and that there is much upward long-wave radiation,accounting for 84.3% of the total radiation energy falling incident on the land surface.The annual averages of net radiation for the four land-cover types are in the range of 38.2-53.4 W/m2.The net radiation of the grass surface is minimal while that of the roads surface is maximal.Additionally,with urbanization the net radiation values of common types of land-cover change,such as conversion from forest to roads,grass to roads,and grass to buildings,all have increasing trends,indicating that net radiation usually increases with urban sprawl.     

基于Modflow和ARIMA 模型的峰峰矿区岩溶地下水模拟及预测

为科学有效地了解峰峰矿区岩溶地下水的均衡状态和用水规划实施后未来(2018～2025年)地下水动态变化,通过构建地下水流数值模型(visual modflow模拟程序)和ARIMA降水量预测模型(R语言软件),对研究区岩溶地下水资源量和水位动态变化进行模拟和预测。结果表明,现状开采条件下,峰峰矿区岩溶地下水多年平均补给量为8 726. 62万m~3/a,排泄量为8 937. 96万m~3/a,均衡差为-211. 34万m~3/a,处于负均衡状态。随着矿区用水规划的实施和用水结构的调整,预测2018～2025年岩溶地下水位将呈小幅度波动上升趋势,降落漏斗范围明显缩小。研究成果可为峰峰矿区地下水资源的合理开发利用提供依据和参考。