灞河流域非点源污染最佳管理措施模拟研究

运用SWAT模型对水土保持、减少化肥农药施用量、减少表层土壤施肥量比例、退耕还林及综合措施对于不同非点源污染在灞河流域的消减效果进行了模拟。结果表明:(1)水保措施对N、P、DDT的削减效果最高可达44.4%,相对而言对于溶解磷的削减效果不是很明显。(2)减少施肥量措施对溶解P、总P、NO3-N的削减率相对较高,而对于其它指标的削减效果不是很明显;减少农药施用量措施对DDT的削减效果较好,削减率可达50.92%。(3)减少表层土壤施肥量占总施肥量的比例措施对溶解P、总P的削减效果较为明显,而对于其它指标的削减效果不是很明显。(4)退耕还林措施对于各项指标都有着明显的削减作用。(5)综合措施对于各项指标均有着很好的削减作用,总体看来综合措施可大大减少流域内的非点源污染负荷,对于改善流域水环境质量可起到巨大的作用。研究为灞河流域非点源污染最佳管理措施的实施提供了明确实际的决策支持。     

基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例

SWAT是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型,它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中的径流成分。本文应用SWAT模型对基流进行模拟,分别采用1992～1996年和1997～1998年洛河流域卢氏水文站逐年、月实测径流资料进行模型校准和验证,确定模型的敏感性参数:径流曲线数、地下水再蒸发系数、土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割。将滤波分割的基流与SWAT模拟值进行对比,采用线性回归系数(R2)和Nash-Suttclife模拟系数(Ens)对SWAT模型进行评价,其结果月基流R2为0.76,Ens为0.75,模拟精度较高。     

基于分布式水文模型（SWAT）的土地利用和气候变化对洮河流域水文影响特征

土地利用和气候变化是流域水资源发生变化的重要原因。以洮河流域为研究区,通过模型率定得到适宜于洮河流域的分布式水文模型（SWAT）,在综合考虑流域土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,并对不同情景模式下的水文特征进行模拟,得到以下结论：（1）校准后的SWAT模型,R²、R_e和E_ns分别达到0.83、-8%和0.68,说明该模型在洮河流域径流模拟中具有较好的适用性。（2）与1976-1995年相比,气候变化使流域产水量增加1.30 mm,土地利用变化使流域产水量减少0.77 mm。土地利用变化对水文特征的影响小于气候变化,但土地利用变化对流域管理的作用却是不可忽视的。从极端土地利用变化情景可知,与1985年土地利用情景相比,林地、草地和耕地情景中产水量分别变化了18.1%、-7.4%和-10.1%。从气候变化情景可知,当降水量不变,温度分别变化2 ℃、1 ℃、-1 ℃和-2 ℃时,流域产水量的变化量分别为-4.23%、-2.56%、3.08%和6.70%;当温度不变,降水量分别变化20%、10%、-10%和-20%时,流域产水量的变化量分别为56.32%、30.88%、-23.66%和-45.94%。（3）在土地利用和气候变化共同作用下,地表径流增加的区域主要位于下游的广河县、和政县和康乐县以及上游的碌曲县和夏河县等地,地表径流增加地区的面积约占流域总面积的39%。     

基于SWAT模型的乌裕尔河流域气候变化的水文响应

乌裕尔河流域是气候变化的敏感区,其径流量是扎龙湿地的重要补给水源,探讨气候变化情景下乌裕尔河流域径流量的变化对区域社会经济发展和扎龙湿地生态环境保护具有重要的现实意义.本文利用SWAT模型对乌裕尔河流域进行径流模拟,并分析未来气候变化情景下河流径流量的变化.结果表明:SWAT模型可以较好地模拟乌裕尔河流域的径流量变化过程,尤其是产流量大的站点,模拟效率较高;气候变化对径流量影响较为显著.未来气候变化情景下,流域径流量随着时间的推移不断减少,而且不同水文站径流量减少幅度不同.     

SWAT模型在漳卫河流域应用研究

漳卫河流域是海河流域重要组成水系, 也是我国北方地区水资源短缺和水环境恶化的典 型区域之一。本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建漳卫河流域分布式水文模型, 对模型的几个重要参数进行敏感性分析, 总结出其取值变化对模拟结果的影响规律。并应用 2000~2004 年的水文气象数据, 进行分布式水文过程模拟, 将模拟结果与8 个行政区划的水资源 公报数据进行对比分析。结果显示模拟相对误差在10%以内, 能够为水资源管理提供重要参考。 研究成果对于SWAT 模型在国内的应用和推广, 具有很好的示范性。也为海河全流域分布式水文 模型的研制奠定了基础。     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R²达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。     

海河流域分布式SWAT模型的构建

本文基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)构建海河流域分布式水文模型。针对海河流域的特点,对 平原区河网和入海口进行合理概化,对土壤类型和土地利用方式进行重分类处理。应用1995~2002 年水文气象系 列资料和下垫面空间分布信息,对模型的参数进行优化和灵敏度分析,最后选取多个站点对模拟结果进行检验与 分析。研究成果为SWAT 模型在国内复杂大流域的应用提供了范例,也为海河流域变化环境下的水资源与水环境 综合管理提供重要的水文学基础支撑。     

基于 SWAT模型的那棱格勒河流域径流模拟及水量平衡分析

那棱格勒河是柴达木盆地内流域面积和流量最大的内陆河流。本文在那棱格勒河上游构建了SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数敏感度分析、率定和验证,对1979—2018年的月值径流量进行模拟分析。结果表明,敏感度最强的前3个参数依次为融雪基温、降雪气温及气温直减率,在率定期和验证期决定系数R²和Nash-Sutcliffe效率系数分别高于0.81和0.65。水量平衡分析结果显示1979—2018年流域的蒸发量、地表径流量、地下水补给量、地下侧流量分别占降水的92.30%、17.76%、16.18%和5.84%。表明流域内径流量主要来自冰雪融水,各水量平衡分量受温度影响较大。降水量变化趋势与地表径流量变化趋势较一致,说明降水转化为径流的时间较短。本研究对那棱格勒河流域水文研究及水资源调控具有参考意义。     

SWAT模型的原理、结构及应用研究

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移与转化过程。本文着重探讨SWAT模型的水文学原理和模型的基本结构与独特的分布式运行控制方式,并将其成功应用于西北寒区(黑河莺落峡以上流域)的分布式日径流过程的模拟。     

基于SWAT模型的梅江流域非点源污染时空分布特征

利用SWAT模型对亚热带季风湿润区红壤背景下江西省梅江流域非点源污染进行了模拟,并根据实测数据对模型的参数进行了率定和验证。在确定模型适用性的基础上,进行氮、磷营养盐负荷计算,分析了流域非点源污染负荷时空分布特征。结果表明：研究区非点源污染负荷具有显著的时空分布特征,在时间变化上,氮、磷污染负荷与降雨有明显相关性,R2分别是0.909和0.921;硝态氮年平均污染物负荷排放方式主要以下渗为主,下渗硝态氮排放量占总量的63%,与流域内高植被覆盖率有关;在空间分布上,有机氮与有机磷空间分布基本一致,流域内污染物主要分布在梅江中下游的黄陂河与会同河流域,不同土地利用下非点源污染负荷以耕地排放量为主。     

CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价——以灞河流域为例

近年来,全球再分析气象数据已经越来越多地被运用到世界各地的水文建模中,但是其模拟的效果有很大差异。为探讨CFSR再分析数据在流域水文模拟中的适用性问题,本文以灞河流域为研究区,使用两种气象数据（传统气象数据和CFSR气象数据）构建SWAT水文模型,并从年和月尺度分别进行灞河流域2001-2012年的径流模拟,利用回归分析、纳什效率系数NSE和百分比偏差PBIAS等评价方法对两种数据的模拟效果进行对比。最后,提出了CFSR气象数据订正的方法。结果表明：① CFSR气象数据在灞河流域水文模拟中有一定的适用性,模拟结果的拟合优度R²>0.50,NSE>0.33,|PBIAS|<14.8,纳什效率系数NSE偏低。尽管CFSR气象数据质量存在一定问题,但是经过降雨数据订正后能够取得比较满意的模拟效果。② CFSR气象数据模拟流量比实测流量偏高,这主要是由于CFSR逐日降水数据估算的降雨天数较多、雨强较大,一般会导致该数据在水量平衡方面能够模拟出较高的基流和洪峰流量（个别年份除外）。③ 灞河流域CFSR降水数据（x）与实测降水数据（y）之间的关系大致可用幂指数方程表达：y = 1.4789x^0.8875（R² = 0.98,P<0.001）,每个CFSR站点的拟合方程略微不同,此方程为CFSR降水数据的订正提供了理论基础。     

Evaluation of the applicability of climate forecast system reanalysis weather data for hydrologic simulation: A case study in the Bahe River Basin of the Qinling Mountains,China

In recent years, global reanalysis weather data has been widely used in hydrological modeling around the world, but the results of simulations vary greatly. To consider the applicability of Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) data in the hydrologic simulation of watersheds, the Bahe River Basin was used as a case study. Two types of weather data (conventional weather data and CFSR weather data) were considered to establish a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model, which was used to simulate runoff from 2001 to 2012 in the basin at annual and monthly scales. The effect of both datasets on the simulation was assessed using regression analysis, Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), and Percent Bias (PBIAS). A CFSR weather data correction method was proposed. The main results were as follows. (1) The CFSR climate data was applicable for hydrologic simulation in the Bahe River Basin (R ² of the simulated results above 0.50, NSE above 0.33, and |PBIAS| below 14.8. Although the quality of the CFSR weather data is not perfect, it achieved a satisfactory hydrological simulation after rainfall data correction. (2) The simulated streamflow using the CFSR data was higher than the observed streamflow, which was likely because the estimation of daily rainfall data by CFSR weather data resulted in more rainy days and stronger rainfall intensity than was actually observed. Therefore, the data simulated a higher base flow and flood peak discharge in terms of the water balance, except for some individual years. (3) The relation between the CFSR rainfall data (x) and the observed rainfall data (y) could be represented by a power exponent equation: y=1.4789x ^0.8875 (R ²=0.98, P<0.001). There was a slight variation between the fitted equations for each station. The equation provides a theoretical basis for the correction of CFSR rainfall data.     

基于MOD16的汉江流域地表蒸散发时空特征

基于MOD16遥感产品,在数据精度验证的基础上,运用GIS统计法、线性趋势法等研究了2000~2014年汉江流域蒸散发的年际和年内变化规律及不同土地覆被类型下的蒸散发特征。结果表明：① 2000~2014年,潜在蒸散发(PET)多年平均值为1 476 mm,呈东南向西北递减态势;实际蒸散发(ET)多年平均值约654 mm,ET呈东低西高,南高北低态势。不同土地覆被类型下年均PET和ET大小顺序相反。② PET年际变化率为13.63 mm/a,呈弱增加趋势;ET年际变化率为-2.3 mm/a,呈弱减少趋势,表明汉江流域水资源呈减少趋势。PET空间上呈东增西减趋势,ET呈东减西增趋势,东北部具有干旱化倾向。③ 年内PET和ET呈单峰型。PET在6月最大,ET在7月最大,二者均在12月最小。二者在4~6月差距最大,形成春旱。不同土地覆被类型下PET和ET呈单峰型,植被生长季节ET差距大,林地增长速度最快。④ PET和ET具有较强的季节性。ET季节性空间差异非常显著,在于林地的植被蒸腾作用对全年ET贡献较大。流域西部山地ET季际增加趋势明显而东部呈减少趋势,整体上冬季年际变化最明显,春季最弱。     

呼图壁河基流变化及其影响因素

基于石门水文站实测日径流数据和流域气象资料,运用平滑最小值法和递归数字滤波法对呼图壁河流量过程进行了基流分割研究。在不同的时间尺度上探讨了呼图壁河年均基流量和基流指数（BFI）的变化特征,以及不同水平年基流量与BFI的变化特征,并按照不同水平年份的划分从气温和降水两方面剖析影响基流变化的因素。结果表明：研究区内平滑最小值法优于递归数字滤波法。呼图壁河基流量的年内分布表现为单峰型,7月达到最大值,BFI先减小后增加,5月最小,枯水期BFI接近1。呼图壁河年基流量呈现为增加的趋势,多年平均基流量为3.67×10⁸ m³,多年平均BFI为0.78,呈递减趋势。枯水年份的平均BFI为0.78,平水年为0.76,丰水年为0.74。春秋两季气温和降水对呼图壁河基流量的影响最为显著,不同的水平年份相关系数也存在一定差异。各年份气温对春秋两季基流量的影响均大于降水,说明气温是呼图壁河基流变化的关键性因素。     

淮河流域降水过程时空特征及其对ENSO影响的响应研究

基于淮河流域35个站点1961~2008年日降水资料,从成因角度研究不同厄尔尼诺-南方涛动事件（ENSO）事件对流域降水过程时空演变特征的影响。研究表明：① 流域降水过程出现沂沭泗河水系变干、淮河水系降水量缓慢增大的特征。② CPW年,年最长连续降水日数、年最长连续降水量的距平变化幅度大且为负值;EPC年,年最长连续无降水日数较常年明显增多;EPW年,连续降水日数变长、连续降水量减少。③ ENSO对流域强降水影响较大,在CPW和EPW年淮河水系暴雨、大雨日数较常年多,而沂沭泗河水系暴雨、大雨日数比常年少;EPC年与此相反。④ ENSO对连续4 d以上降水影响显著,其中EPC年影响最大。     

基于MOD16数据的渭河流域地表实际蒸散发时空特征

基于流域水量平衡法,利用水文数据和气象数据对渭河流域MOD16-ET(实际蒸散发)数据进行精度验证; 利用2000-2012年MOD16-ET数据和GIS技术定量分析了渭河流域(分为干流、泾河、北洛河3个子流域)地表实际蒸散发年际和年内的时空变化特征。结果表明:(1) 3个子流域的实测降水空间插值结果与MOD16-ET估算结果比较,相对误差平均值为8.36%,渭河干流误差较小,其他2个子流域误差相对较大; (2) 3个子流域上游至下游的ET剖面线变化不同,明显受地表覆盖类型影响; (3) ET值年内分布大致呈单峰型格局,季节变化特征为夏季(177.14 mm)> 秋季(105.22 mm)> 春季(92.97 mm)> 冬季(77.50 mm); (4) 基于栅格尺度的ET值年际变化特征空间分布,各子流域下游以降低趋势为主,渭河中游和上游以升高趋势为主,北洛河、泾河中游和上游以基本不变趋势为主,具体影响因素的定量分析仍需MODIS资料的时间累积。     

改进SWAT模型水库模块及其在水库控制流域径流模拟中的应用

为在径流模拟中充分考虑水库的综合调蓄作用,改善了SWAT（The Soil and Water Assessment Tool）模型的水库算法,在水库模块中增加基于水库供水发电调度规则的水库出流模拟算法,以提高径流模拟精度。选择东江流域作为典型流域,分别应用改进前后的SWAT模型进行径流模拟,并分析模型改进的效果,结果表明：修改后的SWAT模型解决了水库模拟出流量在非汛期过低、汛期过大的问题,能更有效地模拟枯季径流和洪峰流量,明显提高了月径流及日径流的模拟精度,其中,月径流模拟中率定期内R2提高了0.06~0.22,NS提高了0.06~0.52,验证期内R2提高了0.1~0.19,NS提高了0.12~1.22;日径流模拟中率定期内R2提高了0.04~0.16,NS提高了0.04~0.46,验证期内R2提高了0.11~0.15,NS提高了0.15~1.21。