流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

基于农业非点源污染模型的桃溪流域日径流泥沙模拟

[目的]以中国东南沿海桃溪流域为研究对象,构建该流域日尺度产流产沙的农业非点源污染模型(annualized agricultural non-point source pollution model,AnnAGNPS),以期为流域水土流失治理与水土资源合理配置分析支持。[方法]采用DSA(differential sensitivity analysis)方法,分析流域敏感性参数,并建立研究区日尺度的AnnAGNPS模型。[结果](1)CN值(curve number)、土壤有效含水量和沟道曼宁系数为径流敏感性参数,土壤可侵蚀因子K、地表残留物覆盖率、年根系生物量、耕作后地面残留物覆盖率、随机粗糙率、沟道曼宁系数和耕作扰动面积为输沙量的主要敏感性参数;(2)模型对日尺度径流模拟的R2,Ens系数均大于0.66,日尺度泥沙模拟的R2,Ens系数均大于0.62。[结论]AnnAGNPS模型能够较好地模拟桃溪流域日尺度产流产沙规律。     

伏牛山区陶湾流域径流泥沙模拟误差分析

以豫西伏牛山区陶湾流域为研究对象,利用该流域2006—2007年22次径流、泥沙数据对分布式AnnAGNPS（Annualized AGricultural NonPoint Source）模型进行校准,2008—2009年31次径流、泥沙数据对模型进行验证。选取R²（决定系数）、E（效率系数）、VE（误差比）等统计参量评估流域径流、泥沙、氮、磷物质输出的模拟精度。结果表明:（1）SCS-CN值是径流模拟精度的主要影响因素,校准期内径流VE=-7.7%（R²=0.95,p < 0.05）,验证期内VE=-6.1%（R²=0.90,p < 0.05）,误差值位于可接受的范围之内, < ±15%。径流误差相对较低,径流模拟精度也影响泥沙和氮、磷的模拟精度;（2）泥沙模拟误差影响因素较为复杂,植被覆盖率、曼宁粗糙系数等因素最为敏感,还受流域DEM、土壤、土地利用等空间参数精度的影响。校准期内VE=15.1%（R²=0.55,p < 0.05）,验证期内VE=17.0%（R²=0.60,p < 0.05）,泥沙模拟误差较径流要大。泥沙和径流模拟误差趋势相同,对小型降雨事件,模拟值偏高,大型降雨事件模拟值偏低。（3）氮、磷模拟值具有更大的不确定性,氮VE=22.0%（R²=0.69,p < 0.05）,磷VE=24.0%（R²=0.48,p < 0.05）。AnnAGNPS模型对径流、泥沙、氮、磷模拟均存在有一定的不确定性,模拟误差呈现一定的变化趋势。校准后的AnnAGNPS模型可以用于伏牛山区流域。     

东辽河流域吉林省境内的径流模拟研究

以东辽河吉林省境内河段为研究对象,采用SWAT分布式水文模型对东辽河泉太水文站进行径流模拟,模型采用2006—2008年实测的逐月径流资料进行参数的率定,并以2009—2010年为模型的验证期,分析对水文过程影响较大的因素、模型的模拟精度及对研究区的适用性。结果表明:泉太水文站率定期与验证期径流的模拟值与实测值总体上拟合较好,率定期与验证期径流模拟的相关系数（R²）均大于0.6,Nash-Suttclife效率系数（E_ns）均大于0.75,相对误差（R）均小于30%。验证期的月径流模拟相对误差较率定期小,且相关系数R²、效率系数均大于0.9,降雨是径流的重要影响因素,月径流模拟值与年内的降雨过程存在较好的正相关性,且率定期相关性较验证期相关性大。应用率定后的参数在SWAT模型中进行径流模拟的结果较好,精度较高。将SWAT模型应用于东辽河吉林省段的径流过程模拟,具有较强的适用性。     

基于SWAT模型的清水河流域年径流侵蚀功率空间分布

为了从能量学的角度解释流域水力侵蚀的空间分布情况,选取可以更好表示流域下垫面条件、降雨及其产生的径流对水力侵蚀综合作用的径流侵蚀功率,以宁夏回族自治区水土流失严重的清水河流域为研究对象,基于SWAT模型模拟研究了清水河流域年径流侵蚀功率的空间分布特征及其空间尺度效应。结果表明:(1)清水河流域多年平均径流侵蚀功率在流域内呈现“支流大,干流小; 东部大,西部小”的空间分布规律;(2)当子流域出口断面控制面积小于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率与子流域出口断面集水面积间呈显著的幂函数关系; 当子流域出口断面集水面积大于4 000 km²时,子流域多年平均径流侵蚀功率稳定在1.56×10^-5 m⁴/(s·km²)左右;(3)优先选择处于清水河上中游区域且出口断面集水面积小于84.85 km²的小流域进行生态治理,可取得良好的水土流失治理效果。因此径流侵蚀功率具有一定空间分布规律且与流域集水面积间具有显著相关关系,掌握这一规律和相关关系可为流域生态治理提供理论支持。     

1970—2015年秦岭北麓径流重建及变化

渭河流域能否高质量发展的一个关键就是水资源的问题,而秦岭北麓是渭河的重要产水区。为探究秦岭北麓近年水资源的变化特征,采用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,基于水文相似性原理,运用典型流域参证法,重建了1970—2015年秦岭北麓径流变化。结果表明:VIC模型在观测流域有着较高的适用性,在月径流模拟中,纳什系数(N_S)大于0.76,相关系数(R²)大于0.91,相对误差(RE)小于±15%; 通过水文参数移植法模型可以真实还原无观测流域径流变化,在验证期N_S,R²,RE分别为0.81,0.94,4.6。近46 a来北麓径流总量在(16.01～65.4)亿m³/a波动,1983年径流量最高达到65.4亿m³,而1977年最小值仅为16亿m³,丰水年份是枯水年份的4倍,径流年际变化明显,过去46 a秦岭北麓多年平均径流值为35.2亿m³/a。降水是径流变化的主导因素,并且也是水文模拟中最重要的影响要素。     

基于SWAT模型的TRMM降水数据径流模拟适宜性评价

以辉发河流域为研究区,采用SWAT分布式水文模型,以实测降水数据和TRMM降水产品作为模型输入,在月尺度和日尺度上构建了四种径流模拟情景,并利用SUFI_2算法分析了不同降水输入和时间尺度下模型的参数敏感性、参数不确定性和径流模拟结果。结果表明:(1)TRMM降水产品的误差会改变参数的敏感性排序,尤其是在日尺度上;(2)4种模拟情景P因子的范围为0.58~0.9,R因子的范围为0.47~1.58,模型拟合精度较好。月尺度上TRMM数据的估算误差较小,其更高的空间分辨率可使径流模拟不确定性得到明显改进,而随着时间尺度的变化,TRMM数据在日尺度上的误差增大会导致日径流模拟结果不确定性的增加;(3)在月尺度和日尺度上,采用TRMM数据降水输入模拟径流,其NS和R2系数均达到较好水平,实测降水模拟结果略优于TRMM数据。研究表明,在辉发河流域,TRMM降水产品在径流模拟方面表现出较好的适宜性,是一种较为可靠的降水数据源。     

SWAT模型在粤北连江流域的应用研究

选择粤北连江流域为研究区域,以分布式水文模型SWAT作为模拟工具,对流域内的水文过程进行模拟。利用流域内高道、凤凰山和黄麖塘3个水文站2001—2010年的实测月平均径流量进行敏感性分析和参数率定。以2001—2005年作为校准期,2006—2010年作为验证期,以相对误差（Re）、决定系数（R²）以及Nash-Suttcliffe效率系数（Ens）作为模型适用性的评价指标。校准期3个水文站的月径流量模拟值的相对误差分别是2.72%,5.91%,1.63%,决定系数均大于0.9,Nash-Suttcliffe系数分别为0.97,0.89,0.70,而验证期相对误差分别是2.62%,5.36%,9.32%,决定系数均大于0.9,Nash-Suttcliffe系数分别为0.90,0.69,0.69。各项评价指标均符合精度要求,说明SWAT模型可以用于连江流域的径流模拟。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

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。     

基于HIMS模型的西营河流域河道内生态基流估算

运用国内自主研发的HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）水文系统构建石羊河流域上游分支——西营河流域的分布式水文模型,模拟西营河流域九条岭水文站的径流量。以1900—1999年为率定期,以2000—2004年为验证期,月过程模型率定期和验证期分别为0.81和0.85;使用 HIMS模型模拟数据计算得到的河道内生态基流为0.523亿 m³,与其它方法计算得到的结果基本一致,说明使用HIMS模型研究生态基流的可行性,为石羊河流域的生态需水计算提出新方法,也为石羊河流域的水资源科学管理和合理分配提供理论依据。     

Relationships among rainfall, runoff and soil loss for the design of soil and water conservation works in submontane Punjab

Abstract. Linear, exponential and power function regressions were compared for rainfall, runoff and soil loss data. The power function performed better (R²= 0.77) than exponential or linear functions for estimating runoff from daily rainfall. However, this relationship was improved (R²= 0.96) by inclusion of a random component to the deterministic part of the function. A linear relationship between runoff and soil loss data performed better (R²= 0.77) than exponential or power functions. These relationships help in designing soil and water conservation works for supplemental irrigation in the area.     

Evaluation of Surface Runoff Prediction by AnnAGNPS Model in a Large Mediterranean Watershed Covered by Olive Groves

The distributed parameter and continuous simulation Annualized Agricultural Non‐Point Source (AnnAGNPS) model was implemented in the watershed Anzur (Spain) covered by olive groves, to assess its prediction capability of surface runoff at the large watershed scale in semi‐arid conditions. A 5‐year database reporting hydrological, geomorphological and land use characteristics of the watershed allowed model implementation. Almost 180 surface runoff events were modelled by AnnAGNPS and compared with the corresponding observations through statistical indexes and grouping the runoff events in order to evaluate the model at different temporal scales (event, monthly and seasonal). AnnAGNPS evaluation showed that, in general, runoff was estimated by the default model with low accuracy at all the investigated time scales, likely, as a result of a simple representation of spatial variability. Calibration (by reducing initial curve numbers (CN) of the olive groves) provided more accurate and satisfactory predictions of event, monthly and seasonal runoff volumes with a low effort in the parameterisation approach. The best model performance was achieved at the event scale. The runoff prediction reliability may be attributable to the AnnAGNPS inaccuracy in adjusting CN values during the continuous simulation of the soil moisture conditions, because estimations of daily evapotranspiration values are quite realistic. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

三峡库区张家冲小流域降雨-径流模拟

以三峡库区的张家冲小流域为例,对降雨—径流过程进行模拟,以期为库区小流域水土流失和非点源污染过程研究提供借鉴,并为控制三峡库区的水土流失和非点源污染,保障库区的水资源安全,缓解日趋严重的环境压力提供科学支撑。首先以研究区的水文、气温观测资料以及数字高程模型为基础,利用半分布式水文模型TOPMODEL模型对日径流进行模拟,选用Nash—Sutcliffe效率系数、均方根误差RMSE以及相关系数r作为目标函数。模拟结果表明,研究区径流的模拟值与实测值变化趋势较为一致;丰水期的模拟精度和拟合效果都优于枯水期,且差异较大;依据《水文情报预报规范》SL250—2000,确定该区丰水期的模拟精度为丙级,枯水期在丙级以下。研究发现,TOPMODEL比较适用研究区丰水期的日径流模拟,不适用于枯水期的日径流模拟。     

基于AnnAGNPS模型的黄土高原小流域土壤侵蚀定量评价

以位于黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为试点，利用AnnAGNPS模型进行土壤侵蚀定量评价。采用流域8次径流事件监测数据进行模型检验，径流量和沉积物量的相对误差分别为10%和-10%，AnnAGNPS模型能够比较理想地模拟流域长期的径流量和沉积物量，并可应用于黄土丘陵沟壑区的径流流失和土壤侵蚀定量评价。采用2004年土地利用状况模拟分析了流域土壤侵蚀量及其空间分布，结果表明：该流域平均片蚀和细沟侵蚀强度为3508 t/(km²·a)，属中度侵蚀等级，黄土沟壑地的平均侵蚀强度最大，属极强度侵蚀等级；严重的沟道侵蚀显著增加了运移到流域出口的泥沙。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...