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。     

气候变化下南疆主要河流径流变化及水资源风险

基于1960年以来的气象和径流实测资料,利用数理统计方法和水量平衡模型,定量分析了南疆五大主要河流——阿克苏河、渭干河、叶尔羌河、和田河以及克里雅河的径流变化趋势,流域内气候变化趋势,流域内冰川融水对径流的贡献以及对气候变化的响应.结果表明：(1)在0.01显著性水平下,五大流域内气温均呈显著性上升趋势,位于盆地北缘的流域内降水量呈显著上升趋势;(2)五大河流的径流量均呈现显著增加趋势,且明显增加的年份与气温突变的时间基本吻合,稍有滞后;(3)冰川融水量随着气温的上升呈增加趋势,且在降水极端少的干旱年份,冰川融水径流量在总径流量中的占比远高于流域平均水平,分别可达总径流量的67.98%、38.81%、70.48%、72.07%、78.92%.     

基于卫星降水融合产品的黄河源区汛期径流模拟

黄河源区(唐乃亥水文站以上)多年平均径流量约200×108m3,占黄河天然径流量的34%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区.黄河源区历史汛期径流的变化一直是学界关注热点.本文以数字流域模型研究对象,旨在提高黄河源区历史汛期径流模拟结果精度.首先对比评价了黄河源区多源降水数据,相比于地面雨量站数据和CMORPH降水数据,CMORPH地面融合降水数据在黄河源区分辨率较高,精度可靠.其次集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用融合降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟.将2008~2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性,有利于黄河源区水资源分布进一步的评估和管理.     

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.      

基于SWAT模型的璧南河流域径流模拟分析

【目的】将SWAT(soil and water assessment tool)模型运用于重庆三峡库区长江支流的流域径流过程研究,为流域水资源的合理调控提供理论依据。【方法】以位于重庆市西部的璧南河流域为研究对象,构建SWAT模型对该流域的径流过程进行模拟。【结果】1)率定期与验证期流域月均径流量模拟值与实测值吻合度较好,率定期和验证期的Nash-Suttcliffe效率系数、确定性系数和相对误差接近一致,表明SWAT模型在璧南河流域具有很好的适用性。2) 2013—2021年璧南河流域年平均径流总量为1.79×10⁸ m³,多年平均径流深为346.04 mm。各子流域产流主要集中在汛期(6—10月),非汛期产流量不足;季节产流量分配不均匀,夏秋季节产流量高,春冬季节产流量低;流域产流量整体呈下降趋势。3)流域径流深在空间上呈现东西两侧高、中间低的分布特征,多年径流深变化率呈现出高产流量区域的产流量变化率低、低产流量区域的产流量变化率高的空间分布规律;产流量高值区主要集中在吴滩、三合、广普、建龙等镇(街道),产流量低值区主要位于陈食、丁家、...     

气候变化对大盈江流域径流的影响

为揭示大盈江流域气候变化对径流的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5这2种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示:1)SWAT模型在大盈江流域径流模拟中具有较好的适用性,可以用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期模型参数R~2、C_(Ens)分别为0.68、0.66,验证期R~2、C_(Ens)分别为0.69、0.67;2)流域内径流的变化趋势与降雨量变化趋势成正比,与气温变化趋势成反比,1995—2015年间,大盈江流域内降雨的减少和气温的升高导致月均径流量下降3.58m~3·s~(-1);3)在RCP4.5和RCP8.5这2种气候情景下,2021—2050年大盈江流域径流均呈减少趋势,减少的速率分别为15.43亿和6.48亿m~3·(10a)~(-1),这与1976—2015年间,流域实测径流减速为1.87亿m~3·(10a)~(-1)的变化趋势一致,但这2种情景下,径流的减少趋势明显增强,分别达到1976—2015年减速的8.26、3.47倍。     

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.     

基于SWAT模型的黄柏河东支流域气候变化的水文响应研究

黄柏河东支流域为宜昌市的生活、工业用水和农业用水提供了重要保障,是宜昌市重要水源地,研究气候变化情景下径流量的变化对该流域经济发展和生态保护具有重要意义.本文使用SWAT模型模拟黄柏河东支流域不同气候变化情景下的月径流变化,将流域下游尚家河水库为研究区出口,以2006～2012年为率定期,2013～2016年为验证期,首先将尚家河水库入库径流还原为天然月径流,进而建立流域SWAT模型并对其进行检验;设置降雨与气温不同组合条件下的34种情景作为SWAT模型输入,分析径流量变化.结果表明:在率定期与验证期的径流模拟效率系数和决定系数均达到0.85,满足精度要求.气候变化情景下,月径流增加量最大的情景为温度降低2℃,降雨增大6%,月径流增加量1 334.88万m3,减小量最大的情景是温度升高4℃,降雨减少2%,月径流减少量839.80万m3.月径流对降雨和温度变化呈现非线性响应.研究结果可为流域水资源管理提供决策支持.     

气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

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.     

基于VIC模型的气候变化对红水河上游流域径流影响研究

为研究红水河上游流域未来径流变化特征,利用VIC模型和全球气候模式(GCMs)对3种典型排放情景下的流域未来径流的变化进行了模拟研究。结果表明:红水河上游流域未来的年平均径流量明显减少,且6~9月径流量明显减少,未来年平均径流量比历史基准期平均径流量减少约14.32%~34.33%;径流量在流域西部的山区增加明显,而在中东部的河谷平原地区减少较多;在未来径流总量减少的情况下,流域出口不同重现期的年最大日流量主要表现为增加,流域出口处的龙滩水库入库洪水上升的可能性较大,水库防洪风险增加,径流性水资源可控性和利用率降低。研究结果可为研究区的水资源管理提供参考依据。     

流量数据量对分布式水文模型参数率定结果的影响分析--以黑河流域上游为例

缺资料流域水文模型的参数率定是水文学科的一个研究重点.除传统的参数区域化方法以外,考虑到在部分缺资料流域可能存在少量短时间序列或零星不连续径流量观测数据的实际情况,近年来采用少量不连续径流量观测数据率定模型参数的方法逐渐引起关注.本研究以我国西北内陆的黑河流域上游为研究区域,选取分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)为研究工具,使用SUFI-2方法作为参数自动率定与不确定性分析工具,分析不同径流量观测数据数量对模型参数率定结果的影响.研究结果显示,4组不同径流量数据在验证期的Nash效率系数均为0.67,表明使用1年的径流量数据进行参数率定时所获得的模拟效果可以达到使用多年径流数据率定参数的水平;比较各组模拟结果获得的P因子和R因子,表明使用1年径流量数据进行模型率定的不确定性会更大.     

基于SWAT模型的柴河水库流域径流模拟研究

SwAT模型能与GIS结合模拟复杂流域不同土地利用条件下的水文和非点源污染过程.采用ArcSWAT对柴河水库流域进行径流模拟,利用2002-2003年的实测水量、降水数据进行参数率定,应用2004-2005年的实测数据进行模型验证.模拟结果表明,SWAT模型在柴河水库流域径流模拟中的适用性和可靠性良好,可为流域水文过程的预测提供可靠的模型基础.     

SWAT模型在浏阳河流域径流模拟中的应用研究

浏阳河是长沙市区、浏阳市和长沙县的重要饮用水源地。浏阳河流域社会经济发展迅速,人类活动对径流影响较大,开展浏阳河流域径流变化研究,可为流域水资源开发利用与保护提供科学依据。应用SWAT模型和SUFI–2算法进行模型参数率定与敏感性分析,模拟浏阳河流域2008–2018年的月尺度径流过程。采用2008–2014年实测月径流数据进行参数率定, 2013–2018年实测月径流数据进行模型验证,并在此基础上分析浏阳河流域水文过程的空间差异。结果表明:榔梨站的R²和Ens均达到了较好的标准,率定期分别为0.84和0.76,验证期分别为0.83和0.76,模拟精度较高,表明该模型在浏阳河流域适用性较好。流域降雨量空间上呈现从东部到西部递减的趋势,降雨对浏阳河流域产水量的影响超过下垫面因素,年径流深空间分布与降雨类似,年均蒸散发量与降雨的空间分布格局不同。     

基于改进的两参数月水量平衡模型的月径流模拟

对熊立华等提出的两参数月水量平衡模型进行了分析,辨析了模型参数的物理意义,针对模型计算公式中的不合理之处,对原模型作了改进:首先,考虑到降水和流域前期蓄水量对流域蒸散发的共同作用,将两者同时作为影响因子,构造了新的蒸散发计算公式;其次,根据有关参数的变化范围,用线性函数近似双曲正切函数,改进了月径流量计算公式.运用改进后的模型模拟、验证了北运河通县站控制流域1980~1991年的月径流和蒸散发过程.结果表明,较之原模型,改进后的模型精度更高,月径流计算过程与实测过程拟合效果较好,年内最大洪峰流量相对误差明显减小,模拟的月蒸散发和流域蓄水量过程更加合理.     

气候和土地利用变化对大汶河流域径流的影响

为了分析气候与土地利用变化背景下大汶河流域径流的响应,利用土壤与水评价(SWAT)模型,设置5类情景,分别采用情景模拟分析方法进行定量分析,采用极端土地利用情景设计模拟流域内不同土地利用类型的径流响应。结果表明:上、下游的戴村坝和莱芜2个水文站率定和验证阶段决定系数R~2分别为0.83和0.80、0.73和0.69,Nash-Suttclife模拟系数E_(N-S)值分别为0.79和0.76、0.71和0.72。与基准期(1980—1990年)相比,1991—2004年流域土地利用变化使年径流量增加0.288亿m~3,而气候变化导致年径流减少1.32亿m~3;受土地利用变化影响,2005—2015年年径流量增加0.132亿m~3,而受气候变化影响,年径流量减少0.61亿m~3。与2000年土地利用模拟径流量相比,耕地情景下径流量减少38.3%,林地情景下的径流量减少19.8%,草地情景下的径流量增加4.3%,证明草地具有涵养水源的作用。该流域的降雨量和流域年径流之间呈正相关关系,而流域年总径流量与气温呈负相关关系,并且流域年径流量受降雨量影响更大、更明显。     

长江源区SWAT水文模型数据库构建及模型的率定与验证

建立长江源区SWAT水文模型数据库,预测长江源区长时间尺度的水量输出过程、趋势和规律,为研究长江源区水文循环过程对气候变化的响应奠定基础.通过收集与分析长江源区DEM(数字高程数据)影像图、水文、气候等数据,构建长江源区SWAT水文模型数据库,通过长江源区月均径流量、降水量、气温、蒸散发量等数据资料,对建成的模型进行参数率定和模型验证.结果表明,长江源区在1961—1966年和2006年以后的两个阶段内径流量增加;在1967—2005年径流量的变化趋势呈现波动下降.用建立好的SWAT水文模型在长江源区进行模拟,率定期的决定系数为0.84,模拟径流量与实测径流量误差为5.27%.验证期的决定系数为0.89,误差为3.34%.在率定期和验证期内,模拟数值符合度较高,该模型在长江源区较为适用.但春汛期(3—5月)的模拟径流量存在一定误差.SWAT水文模型在长江源区的实际运用可以进一步改进.     

大宁河流域非点源污染不确定性分析

以大宁河流域为研究区,利用2000-2005年巫溪水文站实测的径流量、泥沙负荷对非点源污染模型进行参数率定和验证.采用蒙特卡罗方法分析径流量、泥沙负荷、吸附态氮、溶解态氮和总磷等非点源污染的不确定性影响因素.结果表明,如果忽略模型参数的不确定性会导致流域非点源污染负荷的低估,模型输入与输出的关系是非线性的.非点源污染的不确定性具有周期性变化规律,夏秋丰水期的不确定性大,春冬枯水期的不确定性小.并且径流的不确定性较小,泥沙和营养物的不确定性较大,不确定性来源与径流过程参数和土壤属性参数有很大关系.     

基于生态补水的永定河流域径流变化分析

大规模的跨区域生态水量调度,在恢复长期断流河道生态水量需求的同时,也打破了流域原有的水文循环规律．为识别生态补水对河道径流的影响,本文开展了永定河流域年径流历史序列时空变化及生态补水前后对比分析．结果表明:流域年径流量呈显著性减少趋势,且在1983年存在变点;变点年后年径流量大幅度减少,且日径流量历时曲线显示变异后低流量的分布历时增加,年内日径流量的差异变大;开展大规模生态补水工作以后,官厅水库年入库流量较之前多年平均有明显提高,年内逐月流量过程恢复明显的双峰过程,生态流量满足率显著提高,生态补水对现状条件下河道径流起到了积极作用．      

土地利用对流域除雨—径流关系的影响——SCS模型在深圳市的应用

以深圳市为例,应用SCS流域水文模型对该市部分流域进行降雨－径流过程的模拟,分析了土地利用变化对流域降雨－径流关系的影响,结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大,前期土壤湿润程度越大,土地利用变化对径流量的影响就越小,降雨－径流的空间分布随土地利用类型、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值的高值区主要集中在城市用地和水体,低值区主要出现的林地、灌草地、果园等海拔相对较高的地区。