基于SUFI-2优化算法和SWAT模型的汾河流域月径流模拟

以黄河中游的汾河流域为研究区域,构建汾河流域SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2优化算法进行参数敏感性分析、率定与不确定性分析,模拟了流域控制站河津水文站的月径流过程。结果表明:12个水文参数对径流的模拟均有不同程度的影响,对径流影响量最大的为土壤层有效含水量、其次为径流曲线数,影响最小的为主河道河床曼宁系数;率定期和验证期E_ns值均达到了0.80以上,相对误差R_e均小于20％,且确定性系数R²均大于0.85。汾河流域SWAT模型的月径流模拟效果较好,验证期较率定期落在不确定性区间的数量有所增加,表明验证期的径流模拟比率定期的径流模拟不确定性程度大。     

基于CMADS和SWAT模型的玛纳斯河流域水文过程模拟

缺乏历史气象资料地区的水文模拟是制约流域模型发展和人们对流域水资源认识的重要因素之一。选取玛纳斯河流域作为研究区,运用CMADS和SWAT模型对该流域的水文过程进行了模拟,最后使用SWAT-CUP对模拟径流量进行了校正。通过参数灵敏度分析、参数标定与验证,选取NSE、R²和PBIAS统计指标进行评价。选取的9个敏感性水文参数的最终取值均在合理范围内,且在月尺度与日尺度的径流量过程模拟中,3个统计指标在校准与验证期间均处于最优区间,该模型的模拟值与实测值拟合良好,可用作后续的研究与应用。结果表明：利用CMADS和SWAT模型能够较好地模拟玛纳斯河流域的水文过程。在缺乏历史气象资料的地区,CMADS可提供时间连续、类型详细和空间分辨率高的气象数据,构建更高精度的水文模型。     

黄河流域天然径流量评价探讨

针对现有径流系列一致性处理方法不够具体的问题,提出了一种黄河流域天然径流量还原、还现算法。根据黄河流域入海口利津站的实测径流、利津断面以上流域地表水消耗量、地下水开采引起的地表径流减少量、人工水库和淤地坝水面蒸发增加量、水库蓄变量等数据,对利津站的天然地表径流量进行还原分析,并以2001—2016年下垫面作为参照下垫面估算下垫面还现后的天然径流量。结果表明:1956—2016年长系列的黄河利津站地表水天然径流量为577.72亿m³,下垫面还现后的天然径流量为551.72亿m³,还现天然径流量比流域机构给出的第三次水资源评价结果多61.72亿m³。     

和田河流域冰川径流对气候变化响应的模拟分析

为模拟和田河流域上游冰川径流,构建了嵌入冰川模块的SWAT模型,并基于实测径流数据及冰川编目数据对模型进行校正与验证,定量分析了和田河流域上游冰川径流的变化趋势及其对出山径流的贡献和对气候变化的响应规律。结果表明:1967—2017年玉龙喀什河流域多年平均冰川径流量为11.02亿m³,冰川径流对出山径流的贡献率为48.7％,喀拉喀什河流域多年平均冰川径流量为9.51亿m³,冰川径流贡献率为45.5％;在0.01显著性水平下,玉龙喀什河流域气温与降水量均呈显著上升趋势,喀拉喀什河流域气温呈显著上升趋势,降水量呈不显著上升趋势;气候变化背景下,两条支流由于地理位置、冰川特征等的不同,导致两条支流的径流响应呈现较大差异,玉龙喀什河流域冰川径流量呈显著增加趋势,而冰川径流对出山径流的贡献率呈显著下降趋势,喀拉喀什河流域冰川径流量与冰川径流贡献率均呈不显著增加趋势。     

黄河龙羊峡水库进出库水沙输移特性

根据龙羊峡水库进出库控制站的水沙实测资料,借助变差系数、偏态系数、Pearson相关分析和回归分析等方法,分析了进出库水沙的输移特性。结果表明:水库建设期年际径流量差和输沙量差波动明显,差异显著,出库水沙量大于进库的;水库蓄水运用对进出库水沙量的影响显著,进出库年均标准化径流量、标准化输沙量均呈下降趋势;龙羊峡水库蓄水运用后出库径流量的年内分配趋于均匀化,汛期径流量减小,非汛期径流量增大;进出库径流量和输沙量具有明显的正相关性,单位径流条件下出库的产沙动力高于进库的,相同径流条件下进库输沙量在水库蓄水运用后呈增大趋势。     

基于分布式水文模型SWAT的流域径流模拟

SWAT模型是一个集遥感、地理信息系统和数字高程模型技术的基于水文过程的物理性的分布式水文模型。为了进一步研究流域尺度内水文过程的时空变化规律,该文选取太湖流域,运用SWAT模型中的自带水文模块SCS模型对该流域2003年的月径流量进行模拟,采用Nash-Suttcliffe效率系数(NS)法评价模型的模拟精度,在此基础上模拟计算2003年和2004年的月径流量,并以模拟结果作为模型的输入,得出流域径流的空间分布,为流域的水资源管理提供依据。     

晋江东溪流域土壤侵蚀分布式模拟

应用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),通过细分子流域,对晋江东溪流域产流和产沙进行模拟,以相对误差、决定系数和效率系数为指标,采用洪濑水文站1972～1979连续8年的实测径流和泥沙数据进行参数率定和模型验证.模拟结果表明,细分子流域能够有效改善枯水期径流模拟结果;该模型适用于水库影响下的泥沙负荷模拟.     

金沙江中上游流域未来径流模拟研究

为了探究金沙江中上游流域未来径流变化趋势,为流域防洪规划提供依据,基于SWAT水文模型,选用CMIP5数据集建立未来时段的全球气候模式,从时间和空间尺度解析研究区2022—2050年径流变化趋势。结果表明：流域2022—2050年降水量和平均气温均高于基准期,并且呈现上升趋势,其中流域南部降水量增幅较大,流域北部气温增幅较大。在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5 3种气候情景下,2022—2050年年径流量均呈现增大趋势,变化率分别为5.79×10⁸、5.53×10⁸、2.99×10⁸ m³/a。相较于基准期,未来春季和秋季径流量呈现减少趋势,夏季和冬季径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅达到了10%。流域产流量呈现从西北到东南依次增加的特点,相较于基准期,流域南部产流量均呈现增加趋势。未来径流量呈现增加趋势,冬季径流量增幅较大,可能会发生冬汛等极端水文事件,流域南部受洪水威胁的可能性进一步增大。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

气候变化情景模式下大洋河径流响应研究

为定量分析气候变化情景模式下大洋河径流响应规律,利用分布式水文模型SWAT模型,基于大洋河沙里寨水文站2000-2010年水文数据以及沙里寨水文站以上集水区域各降雨站点2000-2010年降雨数据对SWAT模型进行率定和验证。基于率定后的SWAT模型,通过设定4种气候变化情景模式(假定气温℃,降水量变化),定量分析不同气候变化情景模式下大洋河径流响应规律。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差在10%以内,确定性系数达到0.85以上;在降水不变情况下,气温升高2℃,流域径流减少4.09%,而气温降低2℃,径流增加3.01%;在气温不变情况下,降水量减少10%,流域径流量减少5.23%;降雨量增加10%,流域径流量增加5.11%。     

新安江上游流域SWAT模型的构建及适用性评价

以新安江上游屯溪流域为研究区域,建立了SWAT模型的气象、土壤、土地利用和农作物管理等数据库,并利用2000-2010年逐月实测的径流、泥沙及非点源溶解态氮负荷数据进行了多参数、多站点的率定和验证,使用多目标(纳氏系数、线性相关系数和相对误差)对模型适用性进行了评价。结果表明:径流模拟效果非常好,泥沙和营养盐模拟结果令人满意,SWAT模型在屯溪流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染问题,研究所构建的数据库和率定的参数可为进一步研究新安江流域的水环境管理提供科学依据和决策支持。     

基于相似流域法的SWAT模型模拟黄河中游无资料地区径流

选用黄河中游两个小流域,基于相似流域法探求分布式水文模型SWAT在黄河中游小流域无资料地区径流模拟的适用性。通过距离、流域面积相近及属性相似的方法,用已知流域率定参数移植到无资料流域进行径流模拟。选取2009-2013年的日径流与月径流进行模型率定,以效率系数(NS)和决定系数(R2)为评价指标,率定出4个模型敏感系数,并用2014-2016年的日径流与月径流进行模型验证。结果显示:率定期月径流模拟的R2为0. 76,NS为0. 70;日径流模拟的R2为0. 70,NS为0. 64;验证期月径流模拟的R2为0. 82,NS为0. 74;日径流模拟的R2为0. 78,NS为0. 68。说明基于相似流域法的SWAT模型对于无资料的小流域月径流量模拟具有很好的适用性。     

北江飞来峡库区典型流域非点源污染特征分析及模拟

为分析飞来峡库区典型流域非点源污染状况,开展社岗流域场次降雨径流水量水质监测试验,采用平均浓度法估算非点源污染负荷量,分析各场次降雨径流污染物特征并计算非点源污染贡献率,应用SWAT模型进行径流及非点源污染模拟。结果表明,径流量对SS、BOD_5等浓度和负荷量均有较强的主导作用,TN、NH_3-N等初期冲刷效应较为明显,污染物负荷量与径流量的相关性好于污染物浓度与径流量的相关性,各污染物的非点源污染贡献率均达到80%以上。SWAT模型径流模拟的率定期和验证期效率系数分别为0.85和0.73,表明所构建的SWAT模型精度良好。在污染物率定期,雨强较大的典型日污染物模拟效果最佳,污染物相对误差基本在10%以内,而在雨强较小时,TN、TP等均出现较大程度的低估现象;在污染物验证期,由于该时期正处于春耕施肥期,TN、TP模拟结果相对误差较大,且均为低估。总体而言,SWAT模型模拟精度良好,基本能反映该流域非点源污染状况,可为飞来峡库区流域的非点源污染模拟与控制提供参考。     

Hydrologic Response of Streams Restored with Check Dams in the Chiricahua Mountains,Arizona

In this study, hydrological processes are evaluated to determine impacts of stream restoration in the West Turkey Creek, Chiricahua Mountains, southeast Arizona, during a summer‐monsoon season (June–October of 2013). A paired‐watershed approach was used to analyze the effectiveness of check dams to mitigate high flows and impact long‐term maintenance of hydrologic function. One watershed had been extensively altered by the installation of numerous small check dams over the past 30 years, and the other was untreated (control). We modified and installed a new stream‐gauging mechanism developed for remote areas, to compare the water balance and calculate rainfall–runoff ratios. Results show that even 30 years after installation, most of the check dams were still functional. The watershed treated with check dams has a lower runoff response to precipitation compared with the untreated, most notably in measurements of peak flow. Concerns that downstream flows would be reduced in the treated watershed, due to storage of water behind upstream check dams, were not realized; instead, flow volumes were actually higher overall in the treated stream, even though peak flows were dampened. We surmise that check dams are a useful management tool for reducing flow velocities associated with erosion and degradation and posit they can increase baseflow in aridlands. © 2015 The Authors. River Research and Applications published by John Wiley & Sons, Ltd.     

北庙水源地土地利用变化对水文要素影响的研究

选用保山市日气象观测数据和北庙水源地水库坝上径流资料,结合北庙水源地内的土地利用数据、土壤数据和DEM数据,构建其SWAT分布式水文模型,研究水源地三期不同土地利用方式变化对水文要素的影响。结果表明:在模型率定期和验证期,R2数分别为0.70和0.72,模型效率系数均大于0.55,径流模拟值与实测值相对误差在15%以内,SWAT水文模型在北庙水源地有较好的适用性。1986-2009年,北庙水源地土地利用类型以林地、耕地、草地为主;草地面积减少,耕地、未利用土地和居民用地增加是这一时期土地利用方式变化的主要特征。水源地水文要素发生相应的变化主要表现为坡面径流深、径流深和土壤侵蚀模数增加,而实际蒸散减少。     

子流域划分对SWAT模型模拟结果的影响研究

基于分布式水文模型SWAT,选择三峡库区支流大宁河为研究区域,在不同的子流域划分数量条件下,进行流域径流、泥沙以及营养物模拟计算,进而分析子流域划分对模拟结果的影响。研究结果表明:1不同子流划分方案对SWAT模型模拟结果存在直接影响。对于所研究流域,径流、TN和TP受到的影响较小,泥沙受到的影响较大。2为体现流域的真实河网水系特征,保证模拟效果,子流域划分个数不宜过少或过多。3在不同流域,子流域划分数目对径流、泥沙和营养物的变化趋势影响不同,不可同一而论。4推荐大宁河的子流域划分个数为37~121个。     

Climate change impact on water quality in the integrated Mahabad Dam watershed-reservoir system

Climate change, besides global warming, is expected to intensify the hydrological cycle, which can impact watershed nutrient yields and affect water quality in the receiving water bodies. The Mahabad Dam Reservoir in northwest Iran is a eutrophic reservoir due to excessive watershed nutrient input, which could be exacerbated due to climate change. In this regard, a holistic approach was employed by linking a climate model (CanESM2), watershed-scale model (SWAT), and reservoir water quality model (CE-QUAL-W2). The triple model investigates the cumulative climate change effects on hydrological parameters, watershed yields, and the reservoir’s water quality. The SDSM model downscaled the output of the climate model under moderate (RCP4.5) and extreme (RCP8.5) scenarios for the periods of 2021–2040 and 2041–2060. The impact of future climate conditions was investigated on the watershed runoff and total phosphorus (TP) load, and consequently, water quality status in the dam’s reservoir. The results of comparing future conditions (2021–2060) with observed present values under moderate to extreme climate scenarios showed a 4–7% temperature increase and a 6–11% precipitation decrease. Moreover, the SWAT model showed a 9–16% decline in streamflow and a 12–18% decline in the watershed TP load for the same comparative period. Finally, CE-QUAL-W2 model results showed a 3–8% increase in the reservoir water temperature and a 10–16% increase in TP concentration. It indicates that climate change would intensify the thermal stratification and eutrophication level in the reservoir, especially during the year’s warm months. This finding specifies an alarming condition that demands serious preventive and corrective measures.     

AnnAGNPS模型在黄土丘陵沟壑区小流域的适用性评价

在水土流失较严重、生态环境较脆弱的黄土丘陵沟壑区定量化研究土壤侵蚀对于合理利用土地及保护环境显得尤为重要。本文运用基于过程的Ann AGNPS模型对典型黄土丘陵沟壑区-岔口小流域的水土流失进行模拟,以5场次暴雨径流量及泥沙量评价模型适用性。模拟结果表明:模型能较好的模拟地表径流,模拟相对误差为-21.46%~2.26%,确定性系数R2为0.99,Nash-Sutcliffe系数为0.99。模型对泥沙模拟精度较低。对岔口小流域土壤侵蚀定量分析表明,单位面积泥沙流失量最严重的区域集中在坡耕地上,尤以核桃树与玉米间种的坡耕地流失最大。     

基于SWAT模型的北江飞来峡流域径流模拟

为满足北江飞来峡流域非点源污染负荷核算需要,利用SWAT模型对研究区1969-2011年日径流过程进行模拟。基于飞来峡流域水文、气象、地形、土地利用和土壤类型等资料构建SWAT径流模型,并运用SWAT-CUP中的SUFI-2方法对模型中的14个径流参数进行敏感性分析及参数率定,再进行径流模拟效果定量评价。结果表明:对径流过程有显著影响的参数主要为SCS径流曲线系数、主河道曼宁系数、地下水滞后系数以及地表径流滞后时间等;日径流率定期和验证期的效率系数均为0.83,相对误差分别为1.40%和0.58%,且大部分模拟数据落在不确定性区间内,模拟结果的不确定性较小,表明所构建的SWAT径流模型具有较高的精度,在北江飞来峡流域适用性良好。