汉江上游流域水资源对未来气候变化的响应

采用SWAT分布式水文模型,结合汉江上游流域1961—1990年实测气象数据和CMIP5多模式RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的输出数据集,在对汉江上游流域径流模拟检验的基础上,分析未来气候变化对汉江上游流域水资源的响应。结果表明,SWAT模型能较好地模拟汉江上游流域径流变化。2011—2100年不同气候变化情景下,汉江上游流域多年平均降水、径流与基准期(1961—1990年)相比均呈增加趋势,增加幅度从大到小依次为RCP 8.5、RCP 4.5、RCP 2.6,且降水量的增幅大于径流的增幅。3种情景下的多年平均月降水、月径流总体呈增加趋势,且在冬季(12月至次年2月)枯水期增加幅度较为明显。     

CMIP5RCP情景下汉江上游流域径流对气候变化的响应

以汉江上游流域为研究流域,建立SWAT分布式水文模型,以黄家港站1981—1990年月径流数据对模型进行校准和验证。采用CMIP5模式RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的输出数据集,利用率定好的SWAT模型模拟未来气候变化对研究流域径流的影响。结果表明,不同RCP情景下2021—2050年汉江上游流域平均气温、降水量、径流量较基准期都呈增加趋势,增幅从大到小依次为RCP8.5、RCP 4.5、RCP 2.6,并且降水量的增幅均大于径流量的增幅。3种情景下冬季降水量和径流量均呈增加趋势,且增幅较大;春季降水量和径流量均呈减少趋势,RCP 4.5和RCP 8.5情景下减幅较大;夏季和秋季降水量和径流量均呈增加趋势,RCP 8.5情景下增幅较大,RCP 2.6情景下增幅较小。     

基于SWAT模型的北江流域气候变化的水文响应

[目的]建立SWAT分布式水文模型,模拟分析气候变化对北江流域径流的影响。[方法]以北江流域为研究对象,运用分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟,以流域出口石角站1961～1980年月流量数据对模型参数进行率定,用1981～1990年月流量数据对模型参数进行了验证。设置15种气候变化情景,利用率定好的SWAT模型模拟了未来气候变化对北江流域径流的影响。[结果]SWAT模型模拟精度较高,可用于北江流域径流模拟。在降水量不变的情况下,温度升高将会使蒸发量增大,径流深减小;气温保持不变时,降水量增加会使蒸发量和径流深有所增加。[结论]该研究可为北江流域水资源管理提供参考依据。     

气候变化下石羊河流域上游产流区的径流响应研究

【目的】分析西北典型干旱区石羊河流域上游产流区径流对未来气候变化的响应,为石羊河流域未来水资源的规划利用提供参考。【方法】应用可变下渗能力模型(VIC)模拟水文过程,基于模型参数率定,利用统计降尺度模型(SDSM)对全球气候模式(GCMs)中HadCM3模式下A2、B2情景进行降尺度处理,分析A2、B2情景下石羊河流域上游产流区气候要素的变化,以预估的未来气候情景数据作为验证后VIC模型的输入,分析未来气候变化下石羊河流域的水文响应。【结果】VIC模型的效率系数在率定期(1990-1994年)和检验期(1995-1996年)分别为0.769和0.690,相关系数分别为0.955和0.894,表明VIC模型能够较好地描述流域大尺度水文过程;在未来2020s(2010-2039年)和2050s(2040-2069年),研究区多年平均最高气温在A2情景下分别较现状升高1.3和2.8℃,B2情景下分别较现状升高1.3和2.5℃;在2个时期的2种气候情景下,多年平均最低气温均升高0.1℃左右;在A2情景下2020s和2050s多年平均降水量分别较现状减少7.6%和15.2%,B2情景下2个年代的多年平均降水量分别减少8.7%和13.1%;2020s多年平均径流量在A2和B2情景下分别较现状减少2.8%和1.4%,2050s多年平均径流量在A2和B2情景下分别减少13.2%和8.3%。【结论】石羊河流域径流在未来A2、B2气候模式下的不同时期内均会呈减少趋势。     

基于SWAT模型的半城子水库流域径流模拟

该文应用分布式水文模型(SWAT模型)对半城子水库流域的径流状况进行模拟研究,并重点探讨森林植被变化对水文生态响应的影响。对半城子水库流域1990—1999年期间年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对2000—2006年的月径流进行验证模拟。结果表明,该模型适用于半城子水库流域的径流模拟,且精度较高。然后基于SWAT模型的模拟分析结果,应用GIS的空间分析功能,分析了半城子水库流域在1990、1995、2000和2005年的径流分布以及不同土地利用类型对水文响应影响的贡献。结果表明,降雨和土地利用变化对径流产生了较大的影响。降雨较多的月份,产生的径流也较大;降雨较少的月份,产生的径流也较小。土地利用的变化主要表现在灌木林和针叶林面积的减少和阔叶林面积的增加,相应的水文变化表现为径流量的减少。其中,针叶林和针阔混交林产生的径流量最大。     

RCP情景下淮河上游气候及径流量变化

基于ISI-MIP(the inter-sectoral impact model inter-comparison project)推荐的5套"典型浓度路径"情景下的全球气候模式数据,驱动分布式水文模型SWIM模拟淮河上游王家坝水文站以上地区未来(2020—2050年)径流量,分析淮河上游气候要素及径流量变化。结果表明,未来RCP情景下,淮河上游王家坝水文站以上地区温度和降水与基准期(1986—2005年)相比均有增长,温度在RCP8.5情景下增长幅度最大,空间分布从西北到东南呈现出增加趋势;降水在RCP4.5情景下涨幅最明显,空间分布自北向南呈递减趋势。5个气候模式模拟淮河上游干流径流量和趋势时各有优劣,其中HadGEM2模式效果最优;到21世纪中期,RCP情景下淮河上游干流径流量与基准期相比呈现出上升趋势,涨幅均超过10%,RCP4.5情景下模拟径流量的年变化率及汛期径流涨幅最大。研究区未来枯水期水资源短缺现象将得到缓解但发生洪水尤其是极端洪水的可能性将加大。     

不同分布式水文模型在钱塘江密赛流域的对比运用研究

为定量分析不同分布式水文模型在密赛流域的模拟精度,分别选用分布式水文模型SWAT模型和VIC模型,以钱塘江密赛流域为研究区域,基于密赛水文站1980—1989年水文数据,对比分析2种模型在密赛流域的径流模拟精度,研究结果表明:2种分布式水文模型都可用来模拟研究区的径流,径流模拟相对误差均小于10%,确定性系数达到0.7以上,但SWAT模型模拟精度优于VIC模型,SWAT模型模拟的径流相对误差均小于5%,确定性系数达到0.8以上,研究成果为密赛流域的分布式水文模拟提供参考。     

基于SWAT模型的岷江上游流域土地利用变化对径流的影响

定量评估土地利用对水文过程的影响,对水资源规划和管理具有重要意义。本研究的主要目的是定量评估成都岷江流域径流对土地利用变化的响应机制。以成都岷江流域作为研究对象,基于GIS技术构建CMADS驱动下的SWAT模型来展开逐月径流模拟,并结合情景设置法,分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程,定量分析不同土地利用变化对流域径流产生的影响。结果表明：（1）林地、草地、耕地是成都岷江河流域的主要土地利用类型,随时间推移,仅有林地呈少量下降,草地面积保持不变,其余土地利用类型均有少量提高,其中建设用地、未利用地的年变化速率最快;（2）构建了适用于成都岷江流域的SWAT模型,率定期和验证期R2和NSE系数均在0.7以上,经过参数率定后的SWAT模型径流模拟效果较好,适用性高;（3）以2020年的土地利用现状为基准年,排除其他干扰因素,采用极端土地利用情景法,结果表明耕地具有增加径流的作用,林地和草地均具有拦截径流的作用,其中林地的截流作用更为明显。本研究可为指导该流域和类似流域的管理决策提供参考。     

大通河流域上游径流变化特征与突变分析

【目的】分析大通河流域上游径流变化特征,明晰其演变规律,为大通河流域水资源规划与管理提供科学依据。【方法】利用累积距平、滑动平均、R/S法、Cramer法和小波分析法等方法,对大通河上游流域径流的年内年际变化特征、趋势、突变状况及周期进行分析,并针对径流变化的成因进行了探讨。【结果】大通河上游流域径流量存在以下特点:(1)径流量年内分配不均,81.6%~87.2%的径流量主要集中在汛期;年际变化波动频繁,1956-2010年经历了"丰-枯-丰-枯"4个循环交替;(2)近半个世纪以来,大通河流域上游径流呈减少趋势,尕日得和尕大滩站径流年均递减系数分别为0.010 2和0.006亿m3/年,两站Hurst指数分别为0.70和0.58,表明径流减少趋势具有正持续性;(3)大通河上游径流在1989年出现突变,原因是1989年汛期发生大面积集中降水,因此突变不具有持续性;(4)大通河上游流域年径流量在6,18及30年左右时间尺度上周期振荡明显;(5)气候变化是大通河上游流域径流减少的主要原因,而人类活动(主要是外调水工程)直接导致了上游径流的减少。【结论】受人类活动和气候变化影响,大通河流域上游径流量已经发生明显变化,在大通河流域水资源开发利用和管理中应引起重视。     

SWAT模型在黄河流域宁夏段的适用性评价及展望

宁夏段黄河流域是全国重要的商品粮基地,近年来因上游降水量减少,中游水土流失严重,流域内工农业用 水量增加等原因导致用水紧张.为了充分了解宁夏段黄河径流变化,合理进行用水调度和水资源管理,达到集约化 和节约化用水,特此探索SWAT模型在此流域进行水量平衡的适用性.研究以确定性系数(R2)和Nash-Sutcliffe效 率系数(Ens)为评价指标来评价模型在此流域的适用性,以2000-2005年为校准期,2006-2011年为验证期对宁 夏段黄河月均径流量进行了模拟.通过处理模拟值和实测值,评价结果显示:R2 在0.745~0.920之间,Ens 在 0.686~0.874之间,表明模拟结果满足模型的使用要求,即SWAT模型能够在此流域应用.最后对SWAT模型在 该流域的应用前景进行了展望.     

潮白河上游1961—2005年径流变化趋势及原因分析

基于潮白河上游流域内的气象资料和水文资料,利用时间序列对比法分析了1961—2005年该流域年径流变化特征和变化趋势,研究了气候变化和人类活动因素对径流变化的影响,揭示了流域径流变化的成因。结果表明:潮白河上游径流的年内分配极不平衡,年际变化大;年径流量总体上呈现出明显减少的趋势,20世纪90年代的流域径流量平均值仅为60年代的75.8%,减少幅度较大。通过分析认为:降水、气温变化不是造成年径流量显著下降的主要影响因素,流域径流量的减少在很大程度上受水资源利用、土地利用、修建水库以及跨流域调水等人类活动因素的影响。     

基于SWAT模型的长江源区径流模拟

长江源流域位于青藏高原腹地青海省境内,是气候变化的敏感区,其流域径流量的变化对区域经济发展和三江源生态环境保护具有重要的意义。SWAT模型是基于水文过程的,具有很强物理机制的流域分布式水文模型。利用长江源区1975-2004年气象数据、水文数据以及土地覆被/土地利用图、土壤图等数据构建了适合长江源区的SWAT水文模型。结果表明,模型对模拟的月流量相对误差为10.6%,相关系数R2和Nash Suttcliffe系数Ens>0.7。表明模型在长江源流域对产流模拟的适用性较好,为长江源流域建立分布式流域水文模型提供了参考。     

朱溪小流域土地利用/覆盖变化水文响应分析

定量模拟土地利用/覆盖对流域径流的影响,对于揭示水文循环规律和水土流失治理等具有重要意义。以福建省长汀县朱溪小流域为研究区域,在2011年土地利用/覆盖(S_0)基础上,设置林地S_1、耕地S_2、园地S_3和退耕还林S_4共4种土地利用/覆盖情景。利用SWAT模型,定量模拟朱溪小流域月平均径流在不同土地利用/覆盖情景下的变化情况。研究表明,不同情景下朱溪小流域月平均径流量的变化规律一致,但变化幅度不同,径流量从大到小依次为S_2、S_0、S_3、S_4、S_1。说明在现有土地利用/覆盖条件下,大量开垦耕地将使径流量大幅度增加,增加林地的面积能有效地减少径流量。径流量大小主要由降雨量决定,土地利用/覆盖对其起调节作用。在不改变土地利用/覆盖基本格局的前提下,退耕还林是最为可行的径流量减少方案。     

SWAT模型非点源污染模拟对空间单元划分的响应

流域空间离散化是SWAT等分布式非点源污染模型的基础,不同的空间单元划分方案会对模型模拟结果产生影响。为合理配置SWAT模型非点源污染模拟中的空间单元划分方案,以太湖地区中田舍流域(42km2)为研究区开展研究:根据汇流累积量阈值和土地利用-土壤-坡度分级面积阈值设计25种子流域(SUB)-空间响应单元(HRU)划分方案,其中以真实河网提取阈值、HRU面积阈值为0%-0%-0%作为基准方案进行日尺度模型率定,并利用该套模型率定参数探讨SWAT非点源污染模拟对空间单元划分的响应。结果表明:模型率定期径流、泥沙、总氮和总磷Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.575,0.671,0.483和0.758,模型可以较好表达流域过程;不同的空间单元划分通过对土地利用类型的筛选以及流域过程相关参数的改变影响污染物模拟结果,且模拟结果对HRU划分的敏感性高于子流域划分。因此,利用SWAT进行非点源污染模拟时,应在保证径流、泥沙模拟精度的基础上,进行尽可能详尽的HRU划分(如土地利用-土壤-坡度分级面积阈值分别为0%-0%-0%或0-5%-5%),以更好体现流域空间异质性,避免过粗的HRU集总带来模拟结果的失真,而子流域划分则选取能体现真实河网的适中阈值以体现子流域空间异质性即可。     

基于SWAT模型的石头口门水库流域径流模拟

[目的]利用SWAT模型对石头口门水库流域径流进行模拟。[方法]利用石头口门水库流域的DEM高程、土地利用、土壤类型、水文气象等数据,构建SWAT分布式水文模型,分别选用2006、2010年作为模型校准期和验证期,对石头口门水库流域月径流进行模拟。[结果]SWAT模拟结果表明,SWAT模型可应用于石头口门流域径流模拟,且模拟效果较好。但是,该模型对于局部暴雨响应不显著,导致验证期暴雨月份径流实测值偏高,与模拟值有较大的偏差。[结论]该研究为石头口门水库流域未来的水资源规划和管理提供了理论参考。     

河北省口头水库入库径流变化规律及归因分析

本文基于1980-2018年口头水库上游流域水文气象数据,采用M-K突变检验结合滑动t检验法对口头水库水文气象要素的变化情况进行分析并通过建立SWAT模型对流域径流进行归因分析。结果表明,口头水库年际入库径流呈减少趋势,线性递减率为-1.35 mm/a,在1997年和2004年发生了突变,变化期（1997-2018年）与基准期（1982-1996年）相比径流减少了47.80%,其中显示降雨、气温等气候变化对径流减少贡献率为48.93%,土地利用变化、取用水和水利工程运行等人类活动对径流减少贡献率为51.07%,并且在变化期人类活动对径流的影响程度呈增加趋势。     

吉林地表水资源对气候变化的响应

[目的]研究吉林地表水资源对气候变化的响应。[方法]利用1960～2000年吉林省45个气象站的月平均气温和降水资料,以及松花江辽河流域56个水文站的逐月径流量资料,分析了该地区41年来地表径流变化及其对气候变化的响应。[结果]松辽流域径流量在20世纪60～70年代径流量呈持续偏少状态,80年代开始年径流量缓慢增加,进入90年代,年径流量有明显的波动变化,但整体趋于减少;EOF分析表明,松辽流域径流量自南向北逐渐减少的趋势,中心梯度较小,径流变化分布均匀;MK突变检验结果显示,80年代前和90年代后期松辽流域年径流量具有较大波动。吉林省地表径流量对气温、降水变化的响应较明显,表现出较强的相关性,且有一定的滞后性。在分析主要江河流域径流量与气象要素变化关系基础上,建立了流域地表径流量与气象要素之间的统计预测模型,得到的径流预测值与实测值相关性较好,根据气象要素的变化可以对相应流域地表径流量的变化进行预测评估。[结论]该研究为吉林地表水资源的开发和利用提供理论依据。     

AnnAGNPS和SWAT模型对非点源污染的适用性研究——以中国科学院盐亭紫色土生态试验站为例

为了选取适合于紫色土流域的机理模型。同时为控制紫色土丘陵区的农业非点源污染。以及为三峡库区内非点源污染物输出与控制提供科学依据,本文将2种机理参数模型AnnAGNPS与SWAT运用到不同土地利用方式下的紫色土小流域,对地表径流和非点源污染物的输出模拟进行研究。通过适用性研究发现：2种模型对紫色土流域的径流量模拟效果最为理想,平均误差为-7.5％和2.9％;而模型对流域的泥沙模拟效果均不理想,误差较大;对于养分迁移的模拟,AnnAGNPS模型的模拟效果要好于SWAT模型。平均误差控制在10％左右。因此,AnnAGNPS模型更适合在紫色土典型流域进行模拟运用,可获得可信度较高的模拟结果。     

气候变化背景下石羊河下游径流特征

利用近50年石羊河下游蔡旗水文站径流观测资料和该站上游凉州、古浪、乌鞘岭、永昌4个气象站气温、降水、蒸发量观测数据,运用累计距平、Mann-Kendall(M-K)突变检验、Morlet小波分析和皮尔逊相关系数法分析气候变化背景下石羊河下游径流量的变化特征。结果表明,石羊河的径流变化存在2年、4年、22年变化周期,其中以22年时间尺度径流的变化最为明显,径流量在该尺度上表现为丰水期-枯水期-丰水期-枯水期-丰水期交替变化,截至2017年,径流量表现持续增加趋势。流域内气温、蒸发量呈上升趋势,降水量变化趋势平稳,三者变化周期较一致,在2年、3年、4年、5年、20年、22年等年际和年代际尺度上,径流量变化与气温、蒸发量变化呈显著负相关关系,且时间尺度越大相关性越强;降水量在年际和多时间尺度上对径流量变化有一定影响,但2-5年时间尺度上无明显相关性,20年、22年时间尺度上却呈显著负相关关系,说明石羊河径流量变化可能还与除气候变化外的人类活动等其他因素有很大关系。     

SWAT模型在药乡小流域的径流模拟研究

SWAT模型是由美国农业部(USDA)农业研究中心1994年开发的具有很强物理机制的流域水文模型,能够准确地对不同气候、下垫面等情景的水文要素变化进行模拟及预测。本文以泰山药乡小流域为研究对象,使用SWAT模型对2012年逐日径流量进行了模拟研究。结果表明,校准期和验证期的相对误差Re分别为4.5%和7.0%;相关系数R2分别为0.72和0.85;Nash Suttcliff效率系数分别为0.78和0.87。模型模拟精度高于其评价标准(Ens0.5,R20.6),说明SWAT模型适用于该小流域,且模拟效果较好,可以应用于与该小流域径流相关的各种模拟分析,研究该区域的生态健康状态。