基于AquaCrop模型的芝麻作物参数敏感性分析及模型适用性评价

为探明AquaCrop模型芝麻作物参数校准方法,验证模型适用性,以2022—2023年试验数据为基础,通过查阅文献资料,确定芝麻参数初始值和取值范围,采用EFAST方法对AquaCrop模型53个作物参数进行全局敏感性分析、模拟结果的不确定分析并进行参数校准验证。结果表明,对各处理最大生物量均敏感的参数有27个,其中全局敏感性指数（TS_i）均大于0.3的参数有CDM、CDSE、POFE、RSWT、PSENSP、PSTOSP、RSWB和ECSW;对各处理籽粒产量均敏感的参数有14个,其中TS_i均大于0.2的参数有POHX、RSWT、CDSE、DMCON、PSTO和PSTOSP。校准验证过程中冠层覆盖度和地上部生物量模拟值和实测值决定系数（R²）分别介于0.875～0.954、0.951～0.970;标准均方根误差（NRMSE）分别介于11.5%～18.1%、18.9%～27.7%;纳什效率系数（NSE）分别介于0.873～0.940、0.930～0.959。籽粒产量模拟值与实测值相对误差介于0.03～0.07。本地化后的AquaCrop模型能够较好地模拟芝麻生长发育过程,可用于芝麻优化管理或未来产量预测。     

基于EFAST的DSSAT模型对南疆地区棉花参数敏感性分析及适用性评价

对CROPGRO_Cotton模型中敏感的参数进行分析,来对南疆棉花进行生长模拟.通过扩展傅里叶幅度检测法(EFAST)对棉花模型的18个输入参数实行敏感性分析,以棉花的开花期、成熟期、生物量、籽棉产量观测数据实行对比,运用glue和试错法相结合进行参数调节,实现南疆地区棉花的本地化.经过分析研究,对籽棉产量敏感的品种...     

基于SWAT模型的岩溶地区地下水资源评价

建立SWAT分布式水文模型来评价岩溶地区地下水资源。选取连江流域为研究对象,采用GIS和RS技术提取水文气象、地形、土壤、土地利用等模型所需要的参数,建立SWAT分布式水文模型来模拟连江流域径流过程,以流域出口黄德高道水文站2008～2010年月流量数据对模型参数进行率定和验证。结果表明,与传统的地下水资源评价方法相比,该方法充分考虑了岩溶区特殊的地质背景和降雨不均等影响因素,精确地模拟了连江流域径流过程,可以用来评价地下水资源量。该研究可为其他岩溶地区地下水资源评价提供借鉴意义。     

基于AnnAGNPS模型的胶东半岛大沽河流域非点源污染模拟研究

在检验了农业非点源污染模型——AnnAGNPS模型在胶东半岛大沽河流域适用性的基础上,估算了1998—2011年大沽河流域的年径流量和可溶性氮负荷,其多年均值分别为3.58×108m3和4.27×103t,其中,受流域年内降水分布和水库、拦河闸(坝)等水利工程、农田灌溉以及排污排废等人类活动的影响,6—9月(汛期)是径流量和可溶性氮负荷入海的主要时段,而非汛期的输出量则较小。空间上,流域南部可溶性氮负荷量明显大于流域北部,这与流域南部以耕地为主的土地利用类型以及工业、生活排污排废等关系密切,耕地施肥是大沽河流域可溶性氮的主要来源,其次为居民地。情景分析表明,减少化肥施用量以及采取保护性耕作措施均能降低大沽河流域非点源污染负荷的输出量,但在不影响作物产量的前提下适当减少施肥量及采取秸秆留茬覆盖是流域非点源污染控制比较有效的措施。     

我国西南岩溶地区流域水资源及相关问题分析

以岩溶地区流域水资源为对象,分析了主要岩溶含水岩组,岩溶流域水资源的数量、质量等我国西南岩溶地区流域水资源概况以及与岩溶地区流域水资源有关的生态环境,岩溶地区水资源产业,岩溶分布与社会发展,水资源开发利用的成绩和存在的问题。     

HSPF模型水文水质参数敏感性分析

参数敏感性分析是模型不确定性量化的重要环节,有助于对关键参数的识别,减少参数的不确定性影响,进而提高参数优化效率。以太湖地区典型小流域为研究区,采用扰动分析法对HSPF模型水文模块、泥沙模块以及氮磷输移等水文、水质模拟过程的参数进行了敏感性分析。研究结果显示:水文模块选取的17个参数中有7个敏感:UZSN、INFILT、AGWRC对径流的敏感级别为Ⅲ类,LZSN、DEEPFR、INTFW、IRC敏感级别为Ⅱ类。泥沙透水地面模块选取的9个参数中,KSER、KGER、JGER为Ⅲ类敏感参数,JSER为Ⅳ类敏感参数;不透水地面模块选取的4个参数中,KEIM、JEIM、ACCSDP对泥沙产量的敏感级别为Ⅲ类;河道模块选取的5个参数中,KSAND、EXPSND为Ⅲ类敏感参数,TAUCS、TAUCD为Ⅱ类敏感参数。总氮模拟选取了23个参数分析敏感性,其中WSQOP、SQOLIM、MON-GRND-CONC为Ⅳ类敏感参数,KATM20、MON-IFLW-CONC为Ⅲ类敏感参数,TCNIT、PHYSET、MALGR敏感级别为Ⅱ类。磷素输移模拟选取了12个参数,MON-GRND-CONC敏感级别为Ⅲ类,MON-POTFW、MON-IFLW-CONC、MALGR、PHYSET敏感级别为Ⅱ类。研究结果对于开展基于HSPF模型的流域水文水质研究工作参数的选取具有一定的参考价值,尤其对于太湖周边地区众多低山丘陵小流域进行HSPF模型水文水质模拟时敏感性参数的选取具有借鉴意义。     

基于SWAT模型的大通河流域径流模拟

【目的】采用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟大通河流域径流,为大通河流域水资源规划与管理提供科学依据。【方法】根据大通河气象水文、地形、土地利用、土壤类型等基础数据,以相对误差(Re)、线性拟合系数(R2)以及纳什效率系数(Ens)作为模型评价标准,研究SWAT模型对大通河流域径流的模拟效果。【结果】大通河流域月径流SWAT模拟值与实测值吻合较好,模型校准期(1978-1982年)和验证期(1983-1986年)的线性拟合系数、月径流相对误差以及纳什效率系数分别为:0.70,0.95%,0.69和0.69,-13.96%,0.68,表明SWAT模型能够较好地模拟大通河流域的月流量过程。【结论】SWAT模型可用于大通河流域径流模拟。     

西南岩溶地区的主要生态环境问题及其防治对策

在介绍西南岩溶地区生态环境基本特征的基础上,分析了该地区的主要生态环境问题,并提出了相应的防治对策。认为西南岩溶地区的主要生态环境问题是以石漠化为特征的土地退化,其日益蔓延的主要原因是人类不合理的土地利用,而导致这一结果的根源则是贫困。如何进行植被的恢复重建和实现水土资源的协调利用,是西南岩溶地区环境治理和消除贫困的关键。在部分水土资源短缺、旱涝灾害频繁、环境极度退化的岩溶地区,环境移民是实现生态重建的一条有效途径。     

基于EFAST方法的CERES-Wheat作物模型参数敏感性分析

为有效识别作物模型关键参数,减少模型模拟的不适用性,根据中国农业大学上庄实验站小麦田间实测数据,应用EFAST方法对CERES-Wheat模型输入参数进行定量的全局敏感性分析,分析小麦模拟产量对作物参数、土壤参数和田间管理参数变化的敏感性。结果表明:CERES-Wheat模型的作物品种型参数中,标准籽粒质量参数对模拟结果影响最大,而生态型参数中影响最大的是营养生长末期叶片面积质量比率;土壤参数中的矿化系数对模拟结果影响最显著;管理参数中的施氮量、播种日期、施肥日期、播种深度对模拟结果影响较显著。基于EFAST方法的敏感性分析对作物模型修正具有指导意义,可为确定模型关键参数及模型进一步优化提供参考依据。     

水质模型的全局参数敏感性分析

LH-OAT全局参数敏感性分析方法集成了LH抽样与随机OAT方法的优点,在随机OAT的基础上融入LH抽样法,保证参数敏感性分析的强壮性及有效性。但LH-OAT方法必须依靠复杂的计算机程序来实现,因为没有通用程序而限制了其推广应用。试验研究了LH-OAT方法的通用程序设计,并成功用于WASP富营养化水质模型中浮游植物动力学模型的全局参数敏感性分析。结果表明在充足供氮、磷时,浮游植物生物量变化率最敏感的参数是水温,其次是浮游植物的内源呼吸速率和温度调节系数,其三是浮游植物中叶绿素a与碳的比值,处于第四位的是浮游动物的数量;各参数合理的取值范围是成功使用LH-OAT方法的关键。     

基于SUFI-2算法的SWAT模型在陕西黑河流域径流模拟中的应用

参数率定及敏感性分析是用来提高模型精度,确定模型关键参数及改善模型结构的非常有效的方法。本文基于SUFI-2算法,通过SWAT模型对陕西黑河流域进行了模拟,同时基于SUFI-2算法对模型参数进行了敏感性分析,结果表明：(1) 影响黑河流域径流模拟结果精度的主影响因子是scs径流曲线参数;(2) 用2005年到2011年的实测径流资料对模型进行了率定与验证,模拟确定性系数R²和模型效率系数ENS均高于0.8;(3) 通过SUFI-2算法与SCE-UA算法比较,发现SUFI-2算法所需时间短,精度更高。     

基于GIS的典型喀斯特地区土地适宜性评价模型的构建——以贵州省福泉市为例

选取福泉市种植区进行评价分析,建立了基于地理信息系统（GIS）的土地适宜性数学评价模型,并利用该评价模型对茶树种植区进行适宜性定量分析,得出种植适宜区的空间分布和数量。评价模型不仅克服了在评价过程中人为因素的影响,而且利用计算机系统对评价因子进行量化处理,提高了喀斯特地区土地适宜性评价的准确性及效率。     

伏牛山区陶湾流域径流、泥沙及氮磷的输出动态

以伏牛山区陶湾流域为研究对象,预测和评价了不同农业管理措施下流域径流、泥沙、氮磷等的输出动态,以便采取更为有效的管理措施。选取了5种农耕模式:传统翻耕、免耕、等高种植、留茬覆盖、免耕并留茬覆盖;5种施肥模式:现有量、85%现有量、70%现有量、50%现有量、35%现有量;5种降雨模式:干旱年、偏少年、平水年、偏多年和丰水年,得到125种模式组合。调试AnnAGNPS模型,输出125组合下的陶湾流域径流、泥沙、氮磷输出量。结果表明,免耕模式可以削减泥沙输出的34.9%,但却增加了径流、氮磷等的输出;施肥模式对径流和泥沙输出没有显著影响,但对氮磷输出呈强正相关关系(R＞0.95),50%现有量的L3模式可削减81.8%氮和63.7%磷;丰水年泥沙输出量为平水年的4.7倍,但氮的输出量与平水年差异不显著,磷的输出量略高于平水年;免耕与施肥模式相结合是陶湾流域削减泥沙和氮磷输出的有效方法之一。     

WEPP模型在北京山区的适用性评价

土壤侵蚀是目前全球面临的环境问题之一。如何防治及准确预测水土流失已成为研究土壤侵蚀面临的巨大挑战。基于降雨事件及水文过程,WEPP模型的产生为土壤流失预测及评估提供了重要支撑。基于2001—2006年北京延庆径流小区的次降雨及25场次野外径流小区监测数据,对WEPP模型的参数进行了率定与验证,评价了该模型在北京土石山区的适用性,对北京土石山区土壤侵蚀及其预报具有重要意义。在北京山区褐土表土(0~10 cm)条件下,通过计算实测值和模拟值的最小累积误差法率定模型土壤参数,同时采用Nash-Sutcliffe效率系数(E)和决定系数(R2)对模型有效性进行验证。结果表明,当模型有效水力传导系数、临界剪切力和细沟土壤可蚀性分别为1.400 mm/h、1.000 Pa和0.010 s/m时,模型模拟效果最佳,且径流量的模拟效果(E=0.730)优于侵蚀量的模拟效果(E=0.670)。相关系数和通径系数显示,关于降雨参数对径流量和侵蚀量的影响,最大30 min雨强(I30)与其呈极显著相关,对其直接影响最大;其次是降雨量;而降雨历时与径流量和侵蚀量没有关系,对其直接影响最小。      

岔口小流域非点源污染模型AnnAGNPS不确定性分析

为了降低模型模拟计算的不确定性,提高模型在北方典型黄土丘陵沟壑区的适用性,以岔口小流域为研究区,选取可能对非点源污染模型——AnnAGNPS产生影响的10个参数,采用修正的摩尔斯(Morris)分类筛选法,分析参数对模型模拟结果影响的敏感性程度。在此基础上,尝试综合利用一阶误差分析法(FOEA)和自助法(Bootstrap)不确定性分析方法识别重要的不确定性参数,评估参数对模型输出变量的不确定性的贡献。综合两者分析结果表明:对径流模拟计算不确定性影响较大的是径流曲线数、田间持水量;对泥沙、氮磷负荷模拟计算不确定性影响较大的是径流曲线数、地形因子、土壤侵蚀因子、耕作管理因子、水土保持因子、化肥施用量。径流曲线数对模型输出结果的不确定性影响最为显著,表明径流产生过程是泥沙和各种营养盐等侵蚀、搬运的驱动力。泥沙和氮磷的不确定性参数较为一致地表明泥沙是氮磷输出的载体,即在短时暴雨事件下氮磷输出形态通常以泥沙结合态为主,泥沙的不确定性直接影响和决定氮磷等营养物输出的准确性。模型输出结果中泥沙不确定性最大,径流不确定性最小。研究表明,流域水文和土壤侵蚀过程的模拟是校准模型、降低不确定性的关键。在控制和治理流域水土流失及非点源污染时应着重考虑径流曲线数、施肥措施、农田管理方式和水土保持情况。     

基于AnnAGNPS模型的三峡水库生态屏障区径流与土壤侵蚀的变化

利用调查统计和生态产业化工程建设数据,基于GIS技术和AnnAGNPS模型预测三峡水库生态屏障区7条典型农林小流域4种情景模式下径流和土壤侵蚀的变化。结果表明,与2000年相比,2020年7条流域地表径流量将平均减少40.7 mm,土壤侵蚀量将减少5.41 t·hm^-2;流域径流量与坡度呈显著正相关性(p<0.05),与林地面积比率呈显著负相关性(p<0.05),与农地比率相关性不显著; 土壤侵蚀量与林地面积呈显著负相关性(p<0.05),与农地面积呈显著正相关性(p<0.05),土壤侵蚀量空间变异系数均值为160%,为径流量的4.35倍,土壤侵蚀影响因素的不确定性远多于径流量;三峡水库屏障区实施退耕还林和生态产业化工程建设后,水土保持功能持续增强。利用AnnAGNPS模型输出的方法能较为客观地计量流域尺度径流量和土壤侵蚀量,但该方法所需数据量庞大,可能会限定其他地区的推广。     

新疆河流径流模拟

新疆的水文气象资料的数量和范围都较小,在对其径流模拟中,首先要解决∶⒈径流的形成机制如何？⒉如何模拟融雪径流？⒊模型输入的时空分布估计。通过大量的资料分析与流域实地调查,笔者认为,新疆山区具有湿润半湿润地区的产流特征和干旱半干旱地区的气候特征。使用温度指标的融雪模型能较好地适应现时的水文气象观测条件。需要搜集与径流形成有关的各种直接或间接的资料,包括人们的感性认识,分析它们的内在联系与关系,以解决水文气象资料缺乏的困难,从而使径流模拟工作能够进行。在本文中,给出了面积分别为１９０５８ｋｍ２和１６３０ｋｍ２的两个流域模拟实例。     

基于CLUE-S模型的喀斯特地区城镇用地时空动态模拟——以广西大化瑶族自治县为例

以大化县1999、2006年2个时段的TM遥感影像为基础数据源,选取对城镇用地变化影响较大的驱动因子,借助GIS软件进行数据处理,运用CLUE-S模型对其2006年的土地利用变化格局进行模拟,并利用2006年的土地利用现状图对模拟结果进行检验。结果显示,模拟取得了较好的效果,表明可以用CLUE-S模型模拟未来喀斯特城镇用地的变化,为土地利用的可持续发展提供科学的决策支持。     

SWAT模型参数不确定性对黄河上游径流模拟的影响

【目的】探究水文模型参数独立及交互作用对径流模拟的影响,为SWAT模型在我国干旱区的应用提供参考。【方法】采用拉丁超立方方法(LH-OAT)对SWAT模型中的参数进行敏感性分析,以黄河唐乃亥水文站以上流域和唐乃亥至兰州区间流域1960-2010年(1977-1981年为率定期,1982-1986年为验证期)的月径流资料为研究对象,利用SUFI-2方法评价模拟参数平均坡度(HRU_SLP)、土壤饱和容重(SOL_BD)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、土壤饱和水力传导度(SOL_K)、土壤表层到底层的深度(SOL_Z)、径流曲线数(CN2)、浅层含水层渗透到深层含水层的阈值深度(REVAPMN)、基流alpha因子(ALPHA_BF)、平均坡长(SLSUBBSN)和土壤层有效含水量(SOL_AWC)10个模拟参数的不确定性对流域径流模拟的影响;并以方差指标作为模型评价指标,定量评估参数交互作用对径流模拟的影响。【结果】唐乃亥和兰州水文站的月径流模拟与实测水文过程拟合效果较好,率定期和验证期纳什效率系数NSE(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient)与相关系数R~2均大于0.81,且相对误差|Re|均小于20%;唐乃亥水文站以上流域参数SLSUBBSN和ALPHA_BF与唐乃亥至兰州区间流域参数SLSUBBSN、HRU_SLP和SOL_K的不确定性对目标函数值的影响较大,其余参数的不确定性影响较小;参数ALPHA_BF与SOL_Z和参数CN2与SLSUBBSN的交互作用对径流模拟影响较大,表明参数的交互作用给径流模拟影响带来的不确定性大。【结论】探究参数的不确定性对径流模拟的影响,有利于模型参数的选取,进而减少径流模拟过程中的参数不确定性。