基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究

以三峡库区大宁河流域为研究区域,应用SWAT模型进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算。利用巫溪水文站2000-2004年的实测日径流和泥沙数据进行了模型的率定与验证。验证结果表明,SWAT模型适用于大宁河流域。利用验证后的模型分析了大宁河流域2003年的非点源污染空间分布特征,结果发现,大宁河流域西部地区是土壤侵蚀发生相对严重的地区,有机氮产小的地区和高泥沙量产出的地区大致相同。总体上,大宁河流域非点源污染的产生量西部高于东部,南部高于北部,中部地区最小。针对SWAT模型的空间分析结果提出了该区非点源污染的防治措施。     

基于SWAT模型的湟水流域径流模拟与评价

以青海省湟水流域民和水文站以上流域为研究区,在GIS技术支持下,运用分布式水文模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）进行了湟水流域天然径流的产流模拟,通过选用湟水流域1980～1997年相应的水文气象资料作为SWAT模型的输入数据,选用1980～1987年湟水流域出口民和站的年、月平均天然流量进行模型的参数率定,1989～1997年民和站的年、月平均天然流量进行模型的验证,采用了相对误差（RE）、相关系数（R2）以及Nash-Suttclife模拟系数（Ens）作为模型适用性的评价系数,结果表明SWAT模型对湟水流域长期天然径流变化过程模拟结果良好,较好地反映了湟水流域水资源的变化过程,为研究湟水流域的水资源提供了模型支持。     

关川河流域土地利用变化对径流的影响

土地利用/覆被变化(LUCC)引起的径流响应研究不仅是流域水文学的一个热点,也是评估国家退耕还林战略实施效果的需要。选择黄土高原西部关川河流域为对象,依据流域出口大羊营水文站1993—2001年期间5—9月的径流资料,对SWAT模型进行参数率定。进而利用率定后的SWAT模型计算1980年、2000年两期土地利用下的径流量,分析土地利用变化的水文响应。结果表明:模拟率定期和验证期的决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数分别为:0.85,0.78和0.86,0.84,说明模型对关川河流域汛期径流量模拟具有较高的适用性;关川河流域在实施了退耕还林草后,2000年较1980年耕地大面积减少而草地大面积增加。在气象条件相同的前提下,即气象输入数据不变的情况下,2000年土地利用下的月径流模拟值相比1980年土地利用下的月径流降低,9a内年均(5—9月份)径流量减少1.39m3/s。既在气候不变情况下,林草植被恢复将会引起流域径流趋于减少。     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于SWAT模型的图们江流域氮磷营养物非点源污染研究

运用数学模型模拟非点源污染物的空间分布及其输移转化机制,是当前农业非点源污染研究中的重要手段和途径之一。流域尺度长时段分布式水文模型SWAT（soil and water assessment tool）应用于我国南方许多流域的非点源污染模拟上都取得了较好的结果。利用SWAT模型建立了东北图们江流域非点源污染数据库,对该流域（中国一侧）划分为5个小流域46个水文单元,分别进行了水文模拟、降雨径流和土壤侵蚀量计算。结果表明,图们江流域农业非点源污染主要的发生区在流域中部,海兰河和布尔哈通河交界的区域内。该区内有机氮和有机磷的非点源污染负荷明显高于其他地区,推测认为该区域为延边州首府延吉市所在地,城市建设和经济发展带来了繁荣,也造成了局部地区的植被破坏、土地裸露,水保能力下降,因此水土流失现象比较严重。另外,通过分析流域内有机氮和有机磷的时空变化特征发现,2007年延吉、龙井地区为氮磷营养物非点源污染最大发生区（有机氮9.76t.a-1,有机磷1.24t.a-1）,而2008年除延吉、龙井地区外,珲春地区有机氮和有机磷非点源污染均有加重的趋势（分别由1.39t.a-1上升到3.82t.a-1,0.17t.a-1上升到0.48t.a-1）;氮磷营养物的空间分布特征表明,2007年与2008年除了延吉、龙井一带为最大发生区外,珲春地区有机氮流失有所加重（从1.39t.a-1上升到3.81t.a-1）,有机磷流失也有所加重（0.17t.a-1上升到0.48t.a-1）,而安图等地区则有所减轻。     

未来气候情境下渭河流域陕西段非点源污染负荷响应

[目的]在全球气候变暖的背景下,探讨气候条件变化对渭河流域陕西段非点源污染负荷的影响,旨在为流域综合治理措施提供依据,从而缓解气候变化对水环境的不利影响。[方法]基于非点源污染分布式模拟模型(SWAT模型),分别对2020,2030和2050年气温和降雨等气候因子变化下渭河流域陕西段径流及非点源污染负荷进行模拟,探讨了气候变化对该流域径流及水体中氮、磷年均负荷的影响。[结果](1)气候变化对流域径流量影响较大。随着未来气温升高降雨增加的共同作用下,径流量增加;到2050年,在平均气温增加2.2℃,降雨量增加7%的情况下,渭河陕西段径流量将增加11.9%。(2)在未来气候变化的影响下,流域年均总氮负荷增加20.9%;总磷负荷增加13.3%。[结论]未来气温升高和降雨增多的气候变化共同作用下,河道径流量增加,总氮、总磷负荷增多,农业非点源污染问题越来越突出。     

SWAT模型自动校准模块在云州水库流域参数率定研究

SWAT(Soil and Water Assessment Tool)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。该文以华北土石山区云州水库流域为例,运用了SWAT模型自动校准模块来进行参数率定和检验,研究了SWAT模型自动校准模块的应用。通过模型自动校准、调整参数,使模型能够比较准确地模拟该流域的径流量。同时,经过模型有效性检验,计算得到,确定性系数为0.78,径流模拟值与实测值拟合度较好。从模拟结果可以看出,SWAT模型自动校准模块在云州水库流域的应用是较为成功的。     

基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被变化的径流响应

为了探究热带岛屿性流域土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)的水文效应,以海南岛典型热带岛屿性流域南渡江流域为研究区,构建本地化SWAT模型,模拟流域水文过程及其对LUCC的响应,揭示流域径流的变化规律,对比不同土地利用类型的水文过程及调蓄能力,探讨了典型热带岛屿性流域LUCC的径流效应。结果表明:SWAT模型在南渡江流域的适用性良好,径流模拟对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较敏感。不同土地利用类型对流域的产流贡献顺序为耕地>其他林地>橡胶林地; 耕地产流能力最强,其他林地和橡胶林地具有一定的截流蓄水作用。综上所述,与1990年相比,2015年南渡江流域河流径流量减少,流域LUCC导致的地表径流减少是河流径流量减少的直接原因,而蒸散发加剧是地表径流减少的主要原因。     

贵州省猫跳河流域土壤侵蚀动态变化分析

通过实际观测,获得蒋家沟流域近2a的径流资料,总结出2008—2009年间径流的年内特征。通过收集蒋家沟流域土壤、土地利用和气象数据,用SWAT模型模拟了蒋家沟流域的基流月径流模拟和日径流变化。基流月模拟中旱季的模拟效果比较好,汛期由于泥石流暴发时无法观测流量,导致实测资料不完整,模拟结果比较差。日径流模拟分为旱季和汛期模拟,模拟结果的Nash效率系数和相关系数都在0.7以上,表明SWAT模型可以应用于泥石流流域蒋家沟地区的降雨—产流机制研究。     

Sensitivity analysis of SWAT nitrogen simulations with and without in-stream processes

The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) has been widely used to estimate pollutant losses from various agricultural management practices. Although many studies have shown good performance in simulating total nitrogen (TN) and dissolved nitrogen (N), the model performed poorly in many other applications, particularly on dissolved N. Poor performance on dissolved N could be attributed to landscape (in-field) processes and/or in-stream N processes in the model. Therefore, the overall goal of this study was to evaluate SWAT N simulations with in-stream processes and without in-stream processes. Sensitivity analysis results showed that when in-stream processes were not simulated, denitrification threshold water content (SDNCO), N in rainfall (RCN) and N percolation coefficient (NPERCO) were the most sensitive parameters to dissolved N losses. However, when in-stream processes were simulated, the most sensitive parameters changed to initial organic N concentration in soil layers (SOLORGN) and organic N enrichment ratio (ERORGN); and the impact of SDNCO, RCN, and NPERCO was greatly decreased. Furthermore, fertilizer timing and amount had little impact on N simulations. SWAT under-estimated dissolved N, but over-estimated organic N and TN. Further calibration could improve the simulation of dissolved N, but would degrade the simulations of organic N and TN.     

Effect of land use change on water discharge in Srepok watershed,Central Highland,Viet Nam

Srepok watershed plays an important role in Central Highland in Viet Nam. It impacts to developing social-economic conditions. Therefore, it is necessary to research elements which impact to natural resources in this watershed. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and Geography Information System (GIS) were used to simulate water discharge in the Srepok watershed. The objectives of the research were to apply GIS and SWAT model for simulation water discharge and then, we assessed land use change which impacted on water discharge in the watershed. The observed stream flow data from Ban Don Stream gauge station was used to calibrate for the period from 1981 to 2000 and then validate for the period from 2001 to 2009. After using SWAT-CUP software to calibration, NSI reached 0.63 and R square value achieved 0.64 from 2004 to 2008 in calibration and NSI gained good level at 0.74 and R square got 0.75 from 2009 to 2012 in validation step at Ban Don Station. After that, land cover in 2010 was processed like land cover in 2000 and set up SWAT model again. The simulated water discharge in scenario 1 (land use 2000) was compared with scenario 2 (land use 2010), the simulation result was not significant difference between two scenarios because the change of area of land use was not much enough to affect the fluctuation of water discharge. However, the effect of land cover on water resource could be seen clearly via total water yield. The percentage of surface flow in 2000 was twice times more than in 2010; retard and base flow in 2000 was slightly more than in 2010. Therefore, decreased surface flow, increased infiltration capacity of water and enriched base flow resulted in the growth of land cover.     

SWAT模型之初步探讨

由美国农业部农业研究中心（USDA-ARS）研发的分布式水文模型:水土评估工具（SWAT）,具有强大的物理机制。近年来,它被认为是最适合模拟在不同土壤、土地利用和管理大流域中,长期土地管理对于水、土沙、营养物质及农业化学物质的影响。介绍SWAT模型的原理及基础数据库之建立,并搜集SWAT模型应用研究之文献（1999-2008年）,以统计分析SWAT模型目前的研究现况,作为日后应用SWAT模型进行相关研究之参考。     

黄土高原半干旱区不同土地利用下的土壤有机碳、碳组分和土壤营养

Cropland (CP), native grassland (NG) and two shrub land treatments which were converted from cropland in 1985:seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L. ) (ST), and branchytamarisk (Tamarix ramosissima) (BT) were investigated to evaluate effects of land use conversion on soil organic carbon (SOC) and soil nutrients in the semi-arid region of the Loess Plateau of China. Total organic carbon (TOC), light fraction organic carbon (LFOC), heavy fraction organic carbon (HFOC), total N (TN), nitrate nitrogen (NO₃^--N) and nitrite nitrogen (NO₂^--N), ammonium nitrogen (NH₄⁺-N), total P, and available P (AP) were measured. The results showed that SOC in NG, ST and BT were 12.7%, 27.7% and 34.8% higher than that of the cropland, respectively. LFOC, light fraction (LF) dry matter, ratio of TOC to TN (C/N) and the ratio of TOC to AP (C/P) were higher in the shrub land or native grassland than in the cropland. Cropland had the highest TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N, TP and AP due to the use of chemical fertilizers. TOC significantly correlated with LFOC, HFOC and C/N. LFOC significantly correlated with dry matter of the LF and C/N. TN, the sum of NO₃^--N and NO₂^--N and AP were significantly negatively correlated with TOC and LFOC. Therefore, land use conversion from cropland to shrub land, or maybe grassland, contributed to SOC sequestration and improved soil nutrients stabilization.     

Assessing Molybdenum Adsorption onto an Industrial Soil and Iron Minerals

Spatial accuracy of hydrologic modeling inputs influences the output from hydrologic models. A pertinent question is to know the optimal level of soil sampling or how many soil samples are needed for model input, in order to improve model predictions. In this study, measured soil properties were clustered into five different configurations as inputs to the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) simulation of the Castor River watershed (11-km² area) in southern Quebec, Canada. SWAT is a process-based model that predicts the impacts of climate and land use management on water yield, sediment, and nutrient fluxes. SWAT requires geographical information system inputs such as the digital elevation model as well as soil and land use maps. Mean values of soil properties are used in soil polygons (soil series); thus, the spatial variability of these properties is neglected. The primary objective of this study was to quantify the impacts of spatial variability of soil properties on the prediction of runoff, sediment, and total phosphorus using SWAT. The spatial clustering of the measured soil properties was undertaken using the regionalized with dynamically constrained agglomerative clustering and partitioning method. Measured soil data were clustered into 5, 10, 15, 20, and 24 heterogeneous regions. Soil data from the Castor watershed which have been used in previous studies was also set up and termed “Reference”. Overall, there was no significant difference in runoff simulation across the five configurations including the reference. This may be attributable to SWAT's use of the soil conservation service curve number method in flow simulation. Therefore having high spatial resolution inputs for soil data may not necessarily improve predictions when they are used in hydrologic modeling.     

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987—2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980—2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。     

基于多源遥感数据的艾比湖流域盐土SWAT模型参数修正

在SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟地表分量过程中,常默认土壤剖面电导率(electrical conductivity,EC)值为0或0.1,将其应用于土壤盐渍化程度较高的流域时,不符合下垫面实际情况。为确保水文模拟逼近真实地表模拟过程,进一步提高模拟精度,该文利用GF-1号卫星16 m分辨率多光谱遥感影像结合分类回归树法反演艾比湖流域区域尺度0~100 cm土壤剖面电导率,模拟值与实测值均方根最大值误差为4.81 dS/m,相对误差最大值为15.17%。模拟值用于修正EC值,结果表明:EC值修正后的SWAT模型土壤水分模拟值,较修正前模拟值精度提高23.84个百分点。该方法在实现SWAT模型参数本地化的同时,有效提高了土壤水分模拟精度,可为土壤盐渍化区域水文模拟提供参考。     

伊金霍洛旗不同土地利用方式下的土壤养分特征

为分析内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗在4类土地利用方式(灌木林地、采矿用地、天然牧草地和农地)下,土壤养分质量分数的差异性,运用野外采样和室内化验、分析相结合的方法,测定4种土地类型在0～30 cm土层的土壤有机质和全量氮磷钾质量分数及pH值.结果表明:1)4类土地在0～ 30 cm土层的土壤有机质和全氮质量分数存在显著差异,土壤全磷量和全钾量差异不显著(P＜0.05),土壤有机质质量分数依次为农地＞天然牧草地＞灌木林地＞采矿用地,土壤全量氮磷钾最大值分别为天然牧草地、天然牧草地和灌木林地,最小值分别为采矿用地、灌木林地和天然牧草地;2)在垂直剖面上,采矿用地和天然牧草地的有机质质量分数随着土层深度的增加逐渐减小,农地和灌木林地的有机质质量分数最大值出现在20～30 cm深度的土层,4类土地的土壤全氮量和全磷量均有随土层深度的增加而下降的趋势,全钾量随土层深度的变化不明显.4类土地的土壤全氮和全钾质量分数整体而言较为理想,全磷和有机质质量分数欠缺.农地全磷质量分数基本能满足主要作物的生长需求,有机质和全氮质量分数不能满足主要作物的生长需求.本研究可为内蒙古中部工矿开采区土地合理利用以及退化的生态环境恢复等提供科学依据.     

江川灌区旱田改水田加剧水体氮磷污染

黑龙江省江川灌区实施旱田改水田后,粮食产量持续上升,同时也暴露了以总氮和总磷为主的非点源污染问题。该文在GIS平台的支持下,运用SWAT模型,建立了模型所需的空间数据库和属性数据库,并运用实测资料对模型参数进行了率定。最后,设置了不同的情景,在耕地面积不变的情况下,改变水田比例为现状的70%、50%,从而研究农业非点源污染输出变化。研究表明:水田面积为70%和50%的情况下,月平均径流深比现状减少20.95、41.37 mm,总氮负荷减少27.84、48.16 t/a,总磷负荷减少1.66、2.89 t/a,说明旱田改水田将会对水环境产生不利影响。通过情景模拟发现,减少施肥量和节水灌溉均可以在一定程度上控制污染物输出,施肥量减少50%后,总氮输出减少25.23%,总磷减少16.32%。在实际生产生活中,为保证粮食产量,可以通过改变施肥方式或设置人工湿地等方法减少农业面源污染。