基于SWAT 模型的区域蒸散发模拟及遥感验证

应用分布式水文模型进行灌区用水效率多尺度评价,可为灌区节水改造提供技术支持,本文运用SCE-UA算法在大兴试验站对分布式水文模型（SWAT）中的夏玉米-冬小麦轮作作物参数进行率定,对SWAT模型中蒸散发相关参数进行了敏感性分析,综合考虑农业灌溉措施和施肥措施,将模型模拟ET与遥感监测值进行对比验证.结果表明,SWAT模型模拟ET与遥感监测ET的确定性系数和Nash效率系数分别达到了0.91和0.90,模拟精度较高;不同的土地利用形式下,蒸散发变化显著,平均误差为6.9％.利用遥感监测ET数据有助于蒸散发的正确模拟,从而有效地提高水文过程的模拟精度.     

数据同化对流域蒸散发过程模拟的影响研究

为研究数据同化系统对流域水文过程模拟特别是蒸散发模拟的矫正情况,构建一种基于时变增益水文模型和遥感蒸散发的确定性集合卡尔曼滤波同化系统。参照流域出口流量和子流域蒸散发观测分析水文过程的模拟精度。在时间过程和空间分布上探求流域蒸散发的模拟精度、变化过程和同化校准效应。结果表明,经过数据同化,时变增益水文模型的模拟精度在纳西效率系数和水量平衡系数2个指标上都得到提高;子流域尺度上蒸散发精度也得到改善。进一步分析发现,数据同化对极端气候和人类用水影响明显下的水文模拟实现了较为显著的修正。该方法具有潜在的实用价值,可作为水文过程模拟的备选工具。     

应用遥感技术反演流域尺度的蒸散发

利用MODIS遥感数据结合地表气象观测,在对SEBS模型物理参数进行计算和灵敏度分析的基础上,得到黑河流域春、夏、秋、冬四季不同气象条件和不同下垫面条件下的地表蒸散发。依靠黑河流域综合研究站—临泽站蒸散发仪观测的蒸散发验证遥感反演的精度,结果表明遥感反演的地表蒸散发精度较高,模型参数方案可行。这一方法可以在流域尺度上揭示出流域不同下垫面的蒸散发随季节变化的空间特征。最后,利用遥感反演的蒸散发与地面站点蒸发器实测的水面蒸发量和Penman-Monteith公式计算的蒸发量进行对比分析不同下垫面条件不同季节地表潜在蒸发能力和干湿状况。     

大凌河流域分布式水文模型的构建与运用研究

文中以大凌河大城子水文站以上流域作为研究流域,运用分布式水文模型SWAT模型,基于研究区遥感数据,并结合地理信息软件解译流域下垫面地理信息,获取SWAT模型的地理数据输入,选用大城子水文站2001-2010年日流量资料对模型进行了参数的率定和校验,并实现了研究流域径流深空间分布,基于构建的分布式水文模型,通过设定3种土地利用模式情景,定量分析不同土地利用模式情景对流域径流深的影响。研究结果表明:遥感数据可作为分布式水文模型SWAT模型的地理参数的输入,模型模拟精度可达到规范要求。     

两种蒸散发模型在辽宁西部地区的适用性及对比分析

本文以辽西大凌河西支为研究流域,分别以P-M蒸散发模型和双源蒸散发模型计算研究流域的蒸散发,并和流域内哈巴气水文站实测蒸发数据进行对比分析。定量研究了不同蒸散发输入对流域水文模拟精度的影响。研究结果表明:双源蒸散发模型更适合于辽西地区的蒸散发模拟。研究成果对于辽西地区特别是无资料地区的蒸散发模拟具有参考价值。     

基于多源数据与多模型集成的流域人为蒸散发变异评估

人类活动对流域蒸散发的干扰日益显著,然而实测蒸散发数据稀少,且尺度差异与空间异质性等问题限制了大尺度陆面模型与遥感产品在人为蒸散发评估中的适用性与可靠性.本文提出了一种基于多源数据与贝叶斯模型平均的人为蒸散发变异评估框架,并应用于珠江流域.结果表明,通过综合利用地面观测(降水、径流、潜热通量)、社会统计(水资源开发利用...     

基于REDRAW 模型的黄河河龙间近年蒸散发特性研究

基于参照干湿限的遥感蒸散发模型(REDRAW)反演了黄河中游河龙区间5个典型子流域2000—2010年的蒸散发,结合归一化植被指数(NDVI)分析了区域蒸散发的年内和年际特征。年尺度流域水量闭合验证结果表明,REDRAW模型反演的区域年蒸散发多年平均为358.3 mm,接近降雨径流之差351.4 mm,平均相对误差2.6%,年尺度ET反演结果较为合理,说明REDRAW在研究区域具有一定的适用性。区域蒸散发与NDVI年内变化较为一致,年际变化存在一定正相关,11年间增长趋势较为明显。区域NDVI的显著增加与植树造林等水保措施有关,结合流域的降雨径流等水文数据分析可知,植被覆盖的增加一方面增加蒸散发耗散,另一方面通过截留等作用促使径流减少。     

基于多源数据的黑河流域日尺度蒸散发量模拟

植被蒸散发是地表水量平衡和热量平衡的重要参量,也是衡量植被生长状况和作物产量的重要指标,同时也是进行流域水资源优化配置的依据。遥感技术的快速发展使其成为区域尺度蒸散发模拟的重要手段。以黑河流域为例,构建遥感驱动的蒸散发模拟模型,结合多源遥感数据(MODIS、TRMM等)以及GLDAS全球陆面数据同化系统数据,对黑河流域2005、2010、2015年三个时期的潜在蒸散发和实际蒸散发进行了时间尺度为每日、空间尺度为1km的模拟。研究结果表明:潜在蒸散发月际变化明显,从5月开始增长,于7月达到峰值,然后逐渐减少;实际蒸散发在月份之间变化趋势明显,在2015年均达到了最高值;精度检验结果表明本研究采用的两个模型均达到了很好的效果,Kristensen-Jensen模型更适合用于黑河流域。本研究为黑河流域地表特征数据集提供了重要的日尺度蒸散发数据。     

浊漳河流域SWAT模型构建及径流敏感性分析

以浊漳河流域为研究对象,基于研究区1980—2005年的实测径流资料,利用SWAT模型模拟该流域径流,利用SWAT-CUP自带的SUFI-2算法进行径流敏感性分析及参数率定。率定结果表明影响研究区域地表径流的主要参数是CN2、CANMX、REVAPMN;模型率定期和验证期的R~2值分别为0.83与0.79,NS分别达到0.83与0.76,浊漳河流域出口天桥断水文站点的实测和模拟流量过程线拟合良好,表明该模型能较好地反映研究区域的径流变化特征,可以进一步应用于该流域水文模拟方面的相关研究。     

不同潜在蒸发估算方法对黄土高原渭河径流模拟的影响研究

蒸散发是地表水文过程的重要环节,潜在蒸散发对水文过程模拟和预报具有重要影响。以渭河北道水文站上游作为研究区域,采用Penman-Monteith法和E-601型蒸发皿的潜在蒸散发数据(PET601)分别驱动SWAT模型,使用SUFI-2优化算法进行参数敏感性分析与模型率定、验证以及不确定性分析。结果表明,不同方法所得潜在蒸散发量值差异较大,都具有相似的年内分布,PET601法潜在蒸散发量低于Penman-Monteith法。使用PETP-M和PET601驱动水文模型模拟径流过程,结果显示这2种数据下的水文模拟精度较好,PET601法更适合黄土高原的渭河流域,潜在蒸散发的偏差对于水文模拟的影响由于模型参数的调整明显削弱很多。研究成果将在黄河流域生态保护中为区域蒸散发量的管理提供参考。     

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。     

目标函数对滦河流域SWAT模型径流模拟不确定性的影响

针对水文模型参数和径流模拟结果不确定性问题,选取2Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)、改进的决定系数(R_m²)、相对误差(PBIAS)、Kling-Gupta效率系数(KGE)4种目标函数,对构建的滦河流域潘家口水库上游SWAT模型进行参数率定及验证,分析了不同目标函数下模型参数的敏感性差异及径流模拟的不确定性。结果表明：参数敏感性会随迭代次数增加和抽样范围变化发生改变,不同目标函数下率定的参数范围和最优值显著不同;NSE和KGE作为目标函数在各站点径流模拟中更稳健,分别表现出较高的模拟精度和较低的模拟不确定性。     

Evaluation of Using Remote Sensing Evapotranspiration Data in SWAT

This study applied a time series evapotranspiration (ET) data derived from the remote sensing to evaluate Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model calibration, which is a unique method. The SWAT hydrologic model utilized monthly stream flow data from two US Geological Survey (USGS) stations within the Big Sunflower River Watershed (BSRW) in Northwestern, Mississippi. Surface energy balance algorithm for land (SEBAL), which utilized MODerate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) to generate monthly ET time series data images were evaluated with the SWAT model. The SWAT hydrological model was calibrated and validated using monthly stream flow data with the default, flow only, ET only, and flow-ET modeling scenarios. The flow only and ET only modeling scenarios showed equally good model performances with the coefficient of determination (R²) and Nash Sutcliffe Efficiency (NSE) from 0.71 to 0.86 followed by flow-ET only scenario with the R² and NSE from 0.66 to 0.83, and default scenario with R² and NSE from 0.39 to 0.78 during model calibration and validation at Merigold and Sunflower gage stations within the watershed. The SWAT model over-predicted ET when compared with the Modis-based ET. The ET-based ET had the closest ET prediction (~8% over-prediction) as followed by flow-ET-based ET (~16%), default-based ET (~27%) and flow-based ET (~47%). The ET-based modeling scenario demonstrated consistently good model performance on streamflow and ET simulation in this study. The results of this study demonstrated use of Modis-based remote sensing data to evaluate the SWAT model streamflow and ET calibration and validation, which can be applied in watersheds with the lack of meteorological data.     

基于SWAT模型的延河流域月径流量模拟分析

近年来SWAT模型在我国南方湿润半湿润流域以及众多大尺度流域取得了良好的应用效果,但在水文资料缺乏、气候相对干旱的流域应用不多。以黄土高原典型流域陕西省延河流域为例,结合国内外已有的研究和GIS技术,根据延河流域现有的数据成功构建了基于SWAT的水文模型,其中1980—1985年为模型的率定期,1986—1989年为模型的验证期。通过对模型的参数进行敏感性分析以及一系列率定,最终得到结果为率定期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别是0.644和0.832;验证期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别为0.63和0.872,均达到模型模拟的要求,表明SWAT模型基本上能够模拟延河流域月径流量水文过程,为SWAT模型在黄土高原典型流域的进一步应用提供了科学依据。     

An automatic parameter calibration method for the SWAT model in runoff simulation

Runoff simulation is highly significant for hydrological monitoring, flood peak simulation, water resource management, and basin protection. Runoff simulation by distributed hydrological models, such as the soil and water assessment tool (SWAT) model which is the most widely used, is becoming a hotspot for hydrological forecasting research. However, parameter calibration is inefficient and inaccurate for the SWAT model. An automatic parameter calibration (APC) method of the SWAT model was developed by hybrid of the genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO). Multi‐station and multi‐period runoff simulation and accuracy analysis were conducted in the basin of the Zhangjiang River on the basis of this hybrid algorithm. For example, in the Yaoxiaba Station, the calibration results produced an R² of 0.87 and Nash Sutcliffe efficiency (NSE) index of 0.85, while verification results revealed an R² of 0.83 and NSE of 0.83. Results of this study show that the proposed method can effectively improve the efficiency and simulation accuracy of the model parameters. It can be concluded that the feasibility and applicability of GA‐PSO as an APC method for the SWAT model were confirmed via case studies. The proposed method can provide theoretical guidance for many hydrological research fields, such as hydrological simulation, flood prevention, and forecasting.     

淤地坝对流域水沙影响模拟研究

使用SWAT模型,结合淤地坝特点对模型自带的水库模型进行修正来设置淤地坝模块,研究淤地坝对流域径流和输沙的影响,并在内蒙古十大孔兑之一的西柳沟流域进行模拟和验证.以1980-1990年为率定期、2006-2015年为验证期,龙头拐水文站模拟径流量和输沙量与实测值拟合较好,线性拟合系数R2和纳什效率系数ENS均超过0.6...     

基于CMADS驱动下SWAT模型的敖江流域径流模拟

目前针对气象、水文资料不足的小尺度流域进行径流模拟的研究相对较少。选取敖江流域为研究区,利用中国大气同化驱动数据集(CMADS)驱动SWAT模型对该流域2008—2016年进行逐月径流模拟,并使用水文比拟法结合邻近的2个传统气象站计算出模拟时段的观测数据以完成模型参数的率定与验证。结果表明:模拟结果与观测值较吻合,率定期(2010—2013年)评价指标决定系数R²和Nash-Suttcliffe系数NS分别为0.84和0.76,验证期(2014—2016年)两者分别为0.85和0.74,均达到了模型的评价要求。研究成果表明CMADS驱动下的SWAT模型适用敖江流域的径流模拟,采用水文比拟法适合在水文资料不足的地区进行径流计算,可为缺少气象与水文资料的小尺度流域进行径流模拟提供参考。     

基于SWAT模型的长江源区巴塘河流域径流模拟

为了分析长江源区巴塘河流域气候变化与径流的水文响应关系,根据研究区的DEM(digital elevation model)、气象数据、土壤类型和土地利用数据,建立了SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,并选用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法进行SWAT模型参数的矫正及验证。模拟结果表明:矫正期与验证期的模拟径流量与实测流量的峰值出现月份基本一致,均在巴塘河流域的6—9月份,最小值出现月份均在巴塘河流域的1,2月份,地下水延滞参数为影响模拟结果的首要因子。矫正期与验证期的模拟径流量与实测径流量之间的确定性系数及效率系数都高于0.8,该模型对巴塘流域的模拟效果良好,但受冻土影响较大。通过径流模拟及影响因子分析,可为巴塘河流域的山洪泥石流灾害预测、风险分析与管理提供参考。     

改进的SCS模型在流域径流模拟中的应用

介绍了改进的通用SCS日模型,应用该模型对汉江牧马河等8个流域进行长系列水文模拟,结果表明:模型对于较大径流系数的流域模拟效果较好,而较小径流系数的流域则不够理想;模型不仅仅可用于小流域径流计算,对于较大流域也一样可以取得满意的结果。结合M OD IS遥感数据确定模型参数,为开展无资料地区的水文预报进行了一定的尝试。