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。     

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。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域产沙模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,对东南沿海晋江流域1972-1979年的年、月产沙进行模拟,选取相对误差RE,绝对误差MD,效率系数Ens,决定系数R2等4个指标用于模型适用性评价,并利用模型输出结果进行流域水土流失空间差异研究.研究结果表明该模型适用于东南沿海流域的产沙模拟,且精度较高;模型在降水量大的情况下,模拟的精度较高;西溪流域在模拟期内轻度侵蚀面积和中度侵蚀面积广布,分别占研究区总面积的46.0%和45.4%.     

基于SWAT模型的泾河流域月径流分布式模拟

受气候变化和人类活动变化的影响,流域水循环和基于物理机制的分布式水文模型已成为研究热点。本文采用泰森多边形计算泾河流域2008—2015年每月面降水量,对中国大气同化数据集(CMADS)和传统气象站降水量变化趋势及其相关关系进行分析。构建基于SWAT的泾河流域分布式水文模型,并采用CMADS驱动SWAT模型,通过对流域内张家山(二)水文站2008—2015年月径流的率定和验证,评价CMADS+SWAT模式在泾河流域的适用性,并采用SUFI-2算法对模型参数进行敏感性分析和模型不确定性分析。结果表明:泾河流域CMADS数据集和气象站监测数据相关性较高,可采用CMADS数据集驱动SWAT模型。所构建的泾河流域径流模拟模型中12个参数敏感性较高,包括平均坡度(HRU_SLP)、土壤表层到底层的深度(SOL_Z())、主河道河床有效水力传导度(CH_K2)等。采用确定性系数(R~2)、纳什效率系数(NSE)、百分比偏差(PBIAS)和均方根差与标准偏差的比值(RSR)四个指标对模型结果进行评价,率定期和验证期的R~2和NSE均达到0.8以上,RSR均小于0.7,且PBIAS均介于±25%,表明CMADS+SWAT模式在泾河流域的模拟结果较好。对于整个模拟期,验证期的模拟效果优于率定期。模型率定期和验证期的p-因子均大于0.7,r-因子均接近于1,不确定性较小。研究结果可为泾河流域水资源开发利用与管理提供参考,同时CMADS+SWAT模式能够为我国气象观测资料匮乏地区的水资源管理、土地利用和非点源污染研究等提供基础支撑。     

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。     

黑河流域上游山区径流模拟及模型评估

探讨了2个不同复杂程度的水文模型在黑河流域上游山区径流模拟方面的适用性.结果表明,在模拟莺落峡站月流量过程时,集总式水文模型WASMOD能够给出与半分布式水文模型SWAT同等精度的模拟结果.另外,WASMOD还具有所需数据量少、模型参数少、模型结构简单等优势.当然,WASMOD只能在周、月或年尺度上进行模拟,而对于口径流模拟无能为力,且只能模拟流域出口断面的流量过程,对流域内部其他站点的模拟无能为力;SWAT在这些方面具有优势.与其他模型应用结果比较,WASMOD和SWAT都表现出了同样甚至更优的径流模拟性能,能够为研究区域的径流模拟与预报提供良好的手段和工具.     

基于SWAT模型太子河流域径流模拟

在太子河流域建立了SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,并采用S U FI-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,对太子河流域的1956—2016年水文过程进行了模拟.研究结果显示:①模型运行时所用的一些水文参数,会影响模型的模拟结果,如基流α系...     

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.     

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.     

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.     

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.     

缺资料流域SWAT适宜性模型校准新方法及应用

基于SWAT分布式水文模型,以伊犁河上游流域为研究区域,针对缺资料流域水资源评价关键问题,发展了一套综合流域特征、多时间尺度、多变量和多站点的适宜性模型校准新方法,应用中取得了较好的模拟结果:各站点在校准期和验证期均拟合较好,NSE和r~2均在0.6以上,最高达0.83,RE均在8%以内.结果表明模型在该校准方法下,较好地再现了流域的水文过程,其模拟结果可供流域水资源评价和管理参考.     

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.     

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。     

黄河卢氏流域径流对未来气候变化的响应

应用统计降尺度方法SDSM,耦合GCMs和分布式水文模型SWAT,分析黄河卢氏流域径流对气候变化的响应.结果表明:SWAT模型能较好地模拟卢氏流域的径流过程.不同排放情景下,流域年平均流量均表现出先减小后增加,总体减小的趋势;A2情景下,2046—2065年和2081—2100年的流量较基准期分别减少33.6%和30.8%,流量减少主要集中在7—10月,10月减幅最大;B1情景下,分别减少52.3%和29.9%,也主要集中在7—10月,9月减幅最大;丰水期流量的减少幅度大于枯水期.中上游对气候变化较为敏感,径流减少幅度较大,中下游减少幅度较小.     

石羊河流域无观测资料地区径流模拟

基于水文模型管理和调配石羊河流域无资料地区的水资源,首先要解决模型的参数问题.为了使模拟结果更贴近实际观测值,基于变异系数法量化流域水文相似度,选取参证流域,构建SWAT水文模型,移植其模型参数进行水文模拟.以西营河为参证流域,将金塔河作为验证流域,移植参数进行径流模拟,结果表明模拟值与实测值平均相对误差、相关系数及效率系数分别为9.3%、0.80、0.78,其拟合精度满足模拟要求.在此基础上,构建无观测资料东大河流域的SWAT模型,移植西营河流域的模型参数进行径流模拟.结果表明,东大河多年平均径流量模拟值为3.345×108 m3,与实际观测值的平均相对误差为3.38%,可满足径流模拟的要求.有效地提高了西北内陆河流域无观测资料地区水文模拟精度,较好地解决了径流模拟中的不确定性问题.     

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.     

3种水文模型在淮河息县流域洪水模拟中的比较

选用新安江模型、TOPMODEL模型和SWAT模型这3种具有代表性的水文模型,对淮河息县流域洪水过程进行模拟,并对它们的模型结构、汇流方法和模拟结果进行比较。结果表明：新安江模型和TOPMODEL模型模拟结果略好于SWAT模型,说明结构复杂、考虑全面的分布式模型在洪水模拟中结果不一定最优;SWAT模型的最大优点不在于洪水模拟,而在于其考虑因素全面,适合做各种条件下的水文变化研究;这3种模型各有优缺点,下一步可以考虑如何采用集合预报的方法取长补短,提高模拟精度。