面向逐日产沙模拟的SWAT模型封闭与检验

针对SWAT(soil and water assessment tool)模型逐日产沙模拟中含沙量-流速关系的尺度匹配问题,给出了日尺度产沙模拟的最大含沙量封闭关系。该文采用黄河中游砒砂岩区9个水文站长系列实测水沙资料,确定日输沙率-日流量的幂函数型关系曲线,提供了SWAT模型日尺度最大含沙量的封闭关系。并将封闭的SWAT模型用于皇甫川流域水沙产输过程模拟,采用空间嵌套的皇甫站和沙圪堵站实测资料进行模型验证。结果表明:皇甫站率定期和验证期日输沙过程的Nash-Sutcliffe效率系数(Nash–Sutcliffe efficiency coefficient, NSE)分别为0.70和0.66,决定系数R~2分别为0.74和0.68;沙圪堵站率定期和验证期NSE分别为0.78和0.72,R~2分别为0.78和0.74;未进行封闭模型的沙圪堵站率定期和验证期NSE分别为0.36和0.26,R~2分别为0.39和0.26。表明封闭后的SWAT模型显著提高了模拟效率,能够用于黄土高原砒砂岩地区泥沙逐日过程模拟。     

基于SWAT模型的黄河源区径流模拟

为了研究SWAT分布式水文模型在黄河源区的适用性,采用该模型对黄河源区径流进行模拟。使用黄河源区的DEM数据、土地利用数据、土壤数据和气象数据建立黄河源区的SWAT模型,利用SWAT-CUP软件和SUIF-2算法进行参数率定,以纳什效率系数(NSE)和相对误差(Re)作为模型的评判标准,分析SWAT模型对黄河源区的径流模拟效果。结果表明:黄河源区月径流模拟值与实测值吻合较好,模型模拟率定期(1975—2000年)和验证期(2001—2012年)的NSE和Re分别为0.81,-0.004和0.80,0.058,表明SWAT模型能够很好的模拟黄河源区的月径流。SWAT模型在黄河源区具有较好的适用性。     

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。     

基于SWAT模型的细河流域径流模拟研究

分布式水文模型能够准确地反映降雨时空和下垫面等条件变化下的流域水文响应特征.运用SWAT分布式水文模型,将辽宁省细河流域划分为28个子流域,2 061个水文响应单元,对流域水文循环过程进行了模拟.模型校准期R~2、Ens分别为0.92、0.92,验证期R~2、Ens分别为0.89、0.90,均满足适用性标准.SWAT模型对于细河流域径流模拟的准确度较高.     

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、...     

黄河上游西柳沟流域淤地坝系对径流影响的模拟分析

黄河上游西柳沟流域水土流失情况严重,流域内修建了不同规模的淤地坝,以改善研究区因水土流失而引起的水沙灾害问题.为探讨淤地坝对流域径流过程的影响,根据淤地坝运行机理,本文在SWAT模型的基础上开发了淤地坝水循环模块,构建了适用于西柳沟流域的分布式水文模型,并根据流域出口断面实测月流量数据对改进的模型进行参数率定及模型验证.分析表明,改进后的SWAT模型率定期与验证期的确定系数R~2均在0. 70以上,纳什效率系数E_(NS)均在0. 5以上,相对误差Re均小于20%,模型模拟效果较好.同时,综合考虑淤地坝地理位置、规模等特性,设置不同情景,利用改进的SWAT模型对不同淤地坝情景下西柳沟水文过程的响应进行了模拟分析.结果表明,西柳沟淤地坝系减水效果明显,随着淤地坝数量的增加,流域出口流量明显减少:与现状淤地坝情形(39座骨干坝)相比,无淤地坝情形下流域出口年均流量将会增加25%左右;未来新建79座骨干坝后的流域出口流量比现状情形减少约75%.本研究利用改进后的SWAT模型量化了淤地坝工程对径流的影响,为进一步研究淤地坝坝系影响下的水沙关系奠定基础.     

CMFD数据集在雅江年楚河流域的适用性分析

积雪融水是高海拔地区河流的重要补给水源,但高海拔地区资料稀缺,水文模拟面临极大的挑战．本文基于中国区域地面气象要素驱动数据集提供的降水、气温资料,结合MODIS雪盖数据,以2004—2009年为率定期,2010—2015年为验证期,在年楚河流域构建SRM模型,并以气象站点的实测资料为参照,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集在年楚河流域的融雪径流模拟效果．结果表明:基于气象站点实测降水和温度的融雪径流模拟纳什效率系数在率定期和验证期分别为0.75和0.68;基于中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集的融雪径流模拟纳什效率系数在率定期和验证期分别为0.77和0.78,径流模拟效果有所提高．CMFD再分析数据集可为缺资料地区的水文模拟提供数据来源,对高寒地区的融雪径流模拟具有一定的参考价值．      

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.     

不同降水驱动的SWAT模型参数不确定性研究

以抚河流域与黑河流域为研究区,应用4种降水产品(CMORPH CMA、CMFD、CMADS、MSWEP)驱动SWAT模型模拟日流量,评估4种降水产品在湿润区与干旱区的适用性;使用自适应降维评估法选出流域的敏感参数,并进行一致性检验。结果表明:抚河流域4种降水产品的纳什效率系数(NSE)均在0.70以上,其中CMORPH CMA和CMADS的NSE均能达到0.82;黑河流域CMORPH CMA和CMADS的NSE大于等于0.76,而CMFD和MSWEP的NSE分别为0.72和0.74。抚河流域4种降水产品具有相同的敏感参数;黑河流域CMORPH CMA和CMADS有相同的6个敏感参数,而CMFD和MSWEP则分别有5个和8个敏感参数。4种降水产品在湿润流域和干旱流域都能得到较好的应用效果,但是CMORPH CMA和CMADS的模拟效果要优于CMFD和MSWEP。不同的降水输入也会对模型参数敏感性分析的结果产生影响,当降水表现越接近时,所筛选的敏感性参数也越相似。     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的渭河流域月径流分布式模拟

在渭河流域构建分布式水文模型SWAT,并采用SUFI-2算法进行参数敏感性分析以及参数率定、模型验证与不确定性分析,对渭河流域1961—2008年的月径流过程进行模拟.研究结果表明28个跟水文相关的参数对径流均有不同程度的相关性,如CN2、ALPHA_BF、SLSUBBSN、SOL_BD、HRU_SLP、SOL_K、SOL_AWC以及SMFMX等最为敏感.林家村、魏家堡、咸阳、临潼和华县水文站的月径流模拟与实测过程线总体拟合程度较好,率定期和验证期多数站的Φ和效率系数ENS值均高于0.6(0.7),所有站的确定性系数R2值均高于0.7(0.8).R-factor均较小,但林家村和魏家堡站在率定期的P-factor也很小,表明在这2个站的实际不确定性较大.可能的原因是水库运行以及农业用水考虑的不足.总体上,渭河流域SWAT模型月径流模拟效果较好.     

基于不同气候变化情景的东江流域水资源量预测研究

采用半分布式水文模型HSPF,结合1978-1998年东江流域实测气象数据和5个气候模式在3种RCP气候情景(RCP8.5,RCP4.5,RCP2.6)下基准期(1960-2000年)和未来时期(2020-2070年)降水、蒸发情景模拟结果,在对东江流域径流模拟检验基础上,对2020-2070年东江流域水资源量做了深入分析。结果表明,HSPF模型能很好模拟东江流域年、月径流以及洪水期径流变化,博罗站的NASH系数均超过0.81,PBIAS低于10%,RSR低于0.45;所选取气候模式能很好的反映研究流域气象数据在年内分布情况。对未来气候和东江流域水资源量模拟结果表明:1 2020-2070年不同气候变化情景下东江流域降水及蒸发量在RCP2.6和RCP4.5情景下均呈上升趋势,而在RCP8.5情景下,东江流域蒸发量则呈现下降趋势;2未来东江流域多年月均径流量呈增加趋势;3未来东江流域不同频率下的洪水和枯水流量均呈不同程度的增长。相对于基准期,未来时期的洪水天数呈增长趋势,洪水灾害有加剧态势。     

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.     

土地利用变化对云龙水库流域径流的影响

人类对不同土地的利用方式导致下垫面发生变化,进而影响流域的水文循环。以云龙水库流域为研究对象,结合Arc GIS构建了SWAT模型(soil and water assessment tool,SWAT),并设置6种不同的土地利用情景模式研究不同的土地利用变化对径流的响应。结果表明:率定期R~2=0.80,Ens=0.75,验证期R~2=0.82,Ens=0.88,模型适合研究区的径流模拟。2000—2020年,林地、耕地和草地的土地利用面积之和占总面积的97%以上,占比较大。不同土地利用情景模式下,2000—2020年,年平均径流量增加了0.03%;极端土地利用情景S_1、S_2和S_3的年平均径流量分别变化了-0.96%、-5.83%、5.98%,说明耕地有增加径流的作用,林地和草地有减少径流的作用。与2020年的水文要素相比,S_1、S_2和S_3各水文要素都发生改变,其中蒸发变化不大,土壤水渗透量、地表径流、地下径流、产水量变化显著。     

基于TETIS模型的东北黑土区乌裕尔河流域径流模拟

将TETIS模型引进我国东北黑土区,以乌裕尔河流域为例,进行了径流模拟,结合SCEUA算法与手动调参,对1971—1987年日径流进行了模型的率定与验证,并对流域水量平衡进行了分析。结果表明:率定期和验证期纳什效率系数(ENS)和决定系数(R2)均超过0.7,水量平衡误差均不超过10%。蒸散发是流域水量的主要输出形式,地表径流为河道径流量的主要组成部分。年内径流量差异较大,夏季最多,冬季最少。结合模型评价指标与流域实际地理环境,认为TETIS模型在东北黑土区适用性良好。     

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.     

塔里木河干流地表水与地下水耦合模拟

基于流域水资源管理需求,揭示塔里木河地表水与地下水转化关系,以更好地发挥区域水资源整体性功能,采用HSPF-MODFLOW耦合模型对塔里木河流域进行日径流模拟,并选用纳什系数E_(ns)、确定性系数R~2、均方根误差σ对模拟结果进行率定,以明晰大气降水-地表水-地下水转化规律。结果表明:率定期和验证期地表水模拟纳什系数均大于0.7,对长期连续径流模拟效果较好;地下水位模拟随补给量变化与实测值基本一致,随着干流下游间歇性输水的延续,下游整体地下水位明显回升,但生态走廊以下河段抬升幅度较小,2004年下游地下水年平均埋深约6.21 m,而在规划年预计达到4.73 m;耦合模型能较为准确地模拟地表径流和地下水动态变化过程,对水资源联合评价与综合管理具有重要意义。     

大型工程建设规划的生态水文响应模拟—以天府国际机场建设为例

本文以天府国际机场为例,尝试引入流域分布式水文模型(SWAT模型),探索机场建设和保护对举人河流域生态水文的影响,为工程项目保护规划的制定提供依据和评价支撑.模型校准结果显示,率定期的R2和NS值分别为0.81、0.71,验证期的R2和NS值分别为0.70、0.53,模型对流域径流模拟效果较好.结合机场建设工程和生态补偿规划,设置了"建设破坏"和"下游修复"情景,结果表明,机场"建设破坏"使流域地表径流至少增加10%、植物根部入渗量减少20%以上、实际蒸发值增加,河川径流和产水量减少,建设破坏效果明显;流域"下游修复"使地表径流、产水量和河川径流大幅减少,下游治理修复措施是有效的.     

基于SWAT模型的粤北连江星子河流域径流模拟研究

以粤北连江星子河流域作为研究区域,以分布式水文模型SWAT作为模拟工具,对流域内的水文过程进行模拟。采用凤凰山水文站2001-2009年的实测月平均径流量数据进行敏感性分析和参数率定,并以相对误差(RE)、决定系数(R2)以及Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)作为模型的适用性的评价指标。结果表明各项评价指标均符合精度要求,SWAT模型适用于星子河流域的径流模拟。