基于SWAT模型的渭河流域非点源氮污染分布式模拟

以渭河华县断面以上流域为研究区,应用SWAT模型对该区域的径流、泥沙及氮污染负荷的产生与输出过程进行模拟计算.利用华县站1987-1988年的实测月径流、泥沙和污染物数据进行模型的调参计算,用1989-1990年的实测月径流、泥沙和污染物数据对模型进行验证,验证结果表明模型基本合理可行,可用于渭河流域非点源污染的模拟计算.利用率定好的模型对不同典型年进行了模拟计算,根据模拟结果对该区域的径流、泥沙和氮污染负荷的时空产生与输出特点进行了分析,为流域非点源污染防治规划提供科学依据.     

气候变化对长江源区土壤水分影响的预测

采用线性回归法对长江源区2011—2021年土壤水分含量年际变化趋势进行分析,采用t检验法对长江源区2011—2021年平均气温和降水量变化与土壤水分含量变化间的相关性分析,并采用CMIP5全球气候模型的3种情景（RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5）下耦合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型,预测长江源区未来（2022—2100年）土壤水分年际、年内变化趋势.结果表明,长江源区2011—2021年土壤水分整体呈减少趋势,年平均气温和降水量与土壤水分变化具有明显的相关性（P<0.05）. 3种RCPs气候情景下,21世纪末期（2081—2090年）土壤水分含量较21世纪中期（2041—2050年）减少,4—9月土壤水分占全年土壤水分占比较21世纪中期降低.土壤水分年际间波动较大,在50%～500%之间变动,土壤水分年内分布不均匀,1—5月土壤水分增加,6—12月土壤水分递减,1—2月土壤水分变化趋势相对平稳,年内各月份土壤水分含量差别较大.在3种RCPs气候情景下,长江源区未来土壤水分存在明显减少趋势,应加强长江源区土壤水系保护.     

SWAT分布式水文模型在黑河干流山区流域的改进及应用

在集成地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的SWAT(Soil and Water Assessment Too1)分布式水文模型改进的基础上，对黑河干流山区流域出山径流进行了模拟。SWAT-GIS按不同的地形、土壤类型、土地利用或覆盖类型将整个流域划分成157个具有相似水文特征的水文响应单元(HRU)。通过模拟结果比较，表明浅层蓄水层回归因子(基流回归因子)、海拔高度带的划分分别对黑河干流山区流域地下径流和融雪径流过程有重要的影响，是该模型模拟精度高低的关键。通过参数的调整，1990～2000年月平均径流模拟结果显示，莺落峡站出山径流模型效率系数R^2达到0．88，相关系数r^2接近0．91。     

基于SWAT模型的汾河上游径流过程模拟研究

以汾河上游流域为研究对象,用宁武、静乐、岚县、娄烦和古交等气象站和水文站2000到2011年间的气象、水文等资料,结合DEM数据、LUCC数据、土壤空间分布,构建汾河上游水文模型.应用LH-OAT法对其进行参数敏感性试验,应用SUFI2法和手动调参相结合的方法对模型参数进行率定和验证,然后进行径流模拟.结果表明,在模型率定与验证期,除了2006-2011年干季,受汾河上游头马营引黄调水影响,使其模拟值与实测值相比偏小以外,总体来说模拟与实测径流的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.78和0.79,相对误差为5.8%和8.7%,均小于10%,径流量和降水等指标对于土地利用/覆被变化比较敏感.SWAT模型在汾河上游模拟效果较好,有较强的适用性.     

SWAT模型中气象数据库和土壤数据库的构建方法

以淅川县丹江口库区黄水河小流域为例,探讨了数据缺乏情况下分布式水文模型(SWAT)中气象和土壤数据库的构建技术.运用SWAT模型中的“天气发生器”模拟日太阳辐射量,用PcpSTAT和Dew02分别实现降雨量相关因子和露点温度计算;采用3次样条插值法实现土壤粒径的转换,用SPAW软件结合有机质含量数据计算得到模型需要的土...     

SWAT模型参数区域化在黄河源区的应用

利用多期土地覆盖数据,采用参数区域化方法,建立了SWAT模型主要参数与下垫面特征的关系。结果表明,采用下垫面变化后新的模型参数得到的径流模拟精度普遍高于人工试错法,且下垫面变化最大的年份(1995—1997年)径流模拟的Ens=0.793,R2=0.810,与人工调试结果(Ens=0.639,R2=0.641)相比,精度明显提高,模拟的径流过程更接近实测径流过程。     

SWAT模型在连江流域的应用展望

介绍SWAT模型的原理,基本结构、运行方式以及在国内外的应用情况.结合粤北连江流域生态水文过程的基本特征.探讨SWAT分布式水文模型在连江流域应用前景.     

并发L-BFGS异构率定算法设计与实现

针对分布式水文模型在水文模拟参数率定过程中计算与收敛速度过慢的问题,提出一种面向异构平台的水文模拟并发参数率定方法.对传统的L-BFGS算法进行并发式改造使其结构适应并行计算的率定需求;对HIMS水文模型进行异构移植,使整个水文模型以多线程的形式并发运行于协处理器端;以拉萨河流域为例,在Intel+Nvidia GPU...     

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.     

面向水文模拟的大规模多级并行参数率定框架

为了实现大尺度水文模拟中的参数率定,提出一种基于优化算法的大规模多级并行参数率定框架.首先利用MPI划分子通信域的技术,实现了多级并行处理框架,其次设计了基于对等模式的整体架构,以充分利用处理器资源,最后使用大量非阻塞式通信的方式优化了计算效率,减少了进程间等待.将该框架应用于HIMS水文模型的参数率定,试验结果表明,...     

基于SWAT模型的海拉尔河上游土地利用与气候变化对径流的影响

选用SWAT分布式水文模型,对海拉尔河上游的径流量进行了模拟分析,并采用情景分析方法定量分析了土地利用与气候变化对径流量的影响.结果表明:(1)在模型的校准期和验证期,R2分别为0.85和0.84,Ens分别为0.82和0.81,PBIAS在10%以内,说明SWAT模型在海拉尔河上游的径流模拟精度较好;(2)由土地利用和气候变化共同影响下的综合型情景分析得出,气候变化对流域的径流量变化有更为显著的影响.以2000年土地利用数据、1992-2001年气象数据模拟的径流数据为基准,在土地利用和气候变化的共同作用下,流域的年均径流量减少了36.1m~3/s,其中由于气候变化因素减少了27.67m~3/s,由于土地利用变化因素减少了5.43m~3/s;(3)由极端土地利用情景分析得出,林地变草地的情景下,年均径流量增加了3.91m~3/s,草地变林地的情景下,年均径流量减少了5.16m~3/s.(4)由气候变化情景分析得出,流域的径流量变化与降水变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系.降水量增加10%,流域的年均径流量增加了31.99m~3/s,降水量减少10%,年均径流量减少了13.87m~3/s;气温升高1℃,流域的年均径流量减少了7.91m~3/s,气温减少1℃,年平均径流量增加了8.76m~3/s.在气候变化的背景下,需要考虑降水量变化和气温变化的综合影响,通过合理优化土地利用布局来应对气候变化带来的种种问题.     

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.     

土壤、水文综合工具(SWAT)模型的研究进展及展望

通过文献资料法、理论讲述与现状结合分析法,综述土壤、水文综合工具(SWAT)模型在国内外的研究进展并进行应用展望。文献资料法、理论评述与现状结合分析法。研究、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。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。     

基于HYDRUS-1D生物滞留设施模型的参数敏感性分析及率定

为验证HYDRUS-1D模拟生物滞留设施水文调控效应的可靠性,通过物模试验,采用修正Morris法对模型主要参数的敏感性进行分析筛选,结合模拟值和实测值对筛选后的参数进行率定验证。结果表明：径流总量、径流峰值及其各削减率输出结果的敏感参数不尽相同,其中降雨量（q）均为高敏感参数;利用变异系数法,判断参数的综合敏感程度,其主要敏感参数包括降雨量（q）,蓄水层高（H）,种植土层和填料层的饱和含水率（θs）、饱和导水率（Ks）和孔径分布参数（n）;验证期内模型模拟和物模实测结果的RMSE最高为0.131、RE均低于6.92%、NSE和R2均为0.9以上,匹配度高,模拟结果可靠,为利用HYDRUS-1D改进生物滞留设施规划设计方法提供理论支撑。     

水文模型模糊多目标SCE－UA参数优选方法研究

在SCE－UA算法的基础上,结合Pareto排序和模糊多目标优选的优点,提出了水文模型模糊多目标 SCE－UA（FMOSCE－UA）参数率定方法。目标函数综合考虑了洪峰流量、水量平衡、峰现时间以及流量过程均 方差等水文过程的不同要素,使得优选的参数更能反映流域水文特征。双牌水库实例研究结果表明FMOSCE－ UA优于标准SCE－UA算法,优选参数完全可以用于实际洪水预报。     

分布式降雨径流模型率定的多目标分析方法

利用多目标方法，对自主研制的具有物理基础的分布式降雨径流模型进行了参数的多目标分析和模型有效性探讨．通过对参数的敏感性分析，确定糙率系数和土壤饱和水力传导率为率定的主要参数，选择效率系数、模拟洪峰的相对误差和洪峰达到时间的绝对误差为目标函数．在模型率定过程中，首先利用多目标最优化方法获得模型参数的非劣解集，然后又利用离散型协调规划从非劣解集中选出满意的模型参数，最后通过对非劣解集模拟的过程线的范围及形状的分析，对模型的有效性进行了评价．研究结果表明，多目标模型率定方法综合考虑了水文过程的各种要素，获得的满意解优于传统的单目标优选结果，非劣解集的聚合程度及模拟的过程线的范围能够反映模型的有效件．     

城市雨水管网模型参数的率定与评价

为推动排水管网模型在城市雨水管理领域的应用,建立了上海市某居住小区雨水管网模型,通过实施管道流量测量,对常用产汇流模型的主要参数进行了率定,并对径流体积和洪峰的影响参数进行了灵敏度排序.结果表明:对径流体积与洪峰流量,最主要的影响因素是不透水表面径流系数/有效不透水面积因子和不透水表面比例;对径流体积影响较小的参数是管壁粗糙系数和地面坡度;对洪峰影响较小的参数为透水表面的渗透性能和地面坡度.总体而言,Horton公式参数的灵敏度最大,英国模型参数的灵敏度最小.研究成果可为城市排水管网模型参数的选择与率定提供参考.     

基于土壤地形指数和下垫面水文分区的流域模型参数率定

针对流域水文响应会受到地质、地形、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等下垫面因素综合作用的特点,根据流域下垫面的地理特征进行水文响应分区。借助遥感资料对流域下垫面进行分类并获取土地覆盖/土地利用信息,结合流域土壤类型数据与地形指数推求流域的土壤地形指数。进一步地,利用遥感分类信息和土壤地形指数进行流域的水文分区,率定各个水文分区SCS模型的参数CN值并进行水文模拟,结果表明,屯溪流域21次和东湾流域32次洪水径流模拟相对误差均比传统方法的小。     

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.