SWAT模型研究应用进展

利用数学模型来分析非点源污染空间分布是评估非点源污染控制中特定管理措施和管理情景效果的重要工具，也是研究环境变化条件下水资源管理问题的重要手段。20世纪70年代以来，随着人们对非点源污染的重视。产生了很多优秀的非点源模型，SWAT（Soil and Water Assessment Tool）就是其中之一。SWAT模型具有综合、分布、基于物理机制并且与GIS集成的特征，具备准确模拟流域水文状况的能力。并已在水资源和环境领域中得到广泛的承认和普及。介绍了SWAT模型的特点和主要应用，对其在非点源污染模拟和控制、环境变化对水文响应的影响、洪水短期预报等领域的最新进展进行了评述，并对我国在应用SWAT模型方面的发展方向进行了初步探讨。     

SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望

SWAT模型是近几年发展比较快的一个流域分布式水文模型,它可以对大、中尺度的流域的水文物理过程进行长时段模拟.本文介绍了SWAT模型的特点,并通过对模型在反映人类活动对流域水资源管理影响等方面研究的评述,总结了模型在自然流域水资源管理应用的优势以及在人工干扰强烈的农业灌区应用还存在的问题.进而提出了SWAT模型在灌区的水分循环、节水改造等方面的研究方向与应用前景,为灌区水资源的优化管理与节水灌溉评价提供一个新的研究手段.     

SWAT模型及其应用研究

利用数学模型来模拟水文、泥沙、非点源污染过程是流域管理中对特定管理措施的效果进行评估的重要工具,也是研究环境变化条件下水资源管理的重要手段。SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一个集成了遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)技术的目前国际流行分布式水文模拟工具。介绍了SWAT模型的发展历程、原理及特点,概述了SWAT模型目前在径流模拟、非点源污染模拟与控制、气候变化对水文响应的影响、模型参数敏感性分析方面的进展情况,并对SWAT模型今后的应用和改进方向作了初步探讨。     

SWAT模型及其在水环境非点源污染中的应用研究进展

非点源污染是水环境污染的主要来源之一,其过程机理复杂,应用水环境污染模型模拟是研究非点源污染的重要手段.SWAT模型是国际上著名的分布式流域水环境模型之一,结合了遥感(RS)、地理信息系统((GIS)技术,能够准确、长时间段连续地模拟复杂流域的各种水环境过程以及气候变化、土地利用类型、管理措施对流域水平衡和非点源污染的影响,为监测、评价、研究流域水环境非点源污染状况提供了强大的支持平台.在大量调研国内外相关文献的基础上,围绕模型的主要标志性改进及应用成果介绍了SWAT模型的发展历程和现状,论述了模型应用于水环境非点源污染研究的几个主要方面和国内外研究新进展,分析了目前国内应用SWAT模型进行水环境非点源污染研究存在的问题,并对SWAT非点源污染子模型的发展趋势做了展望,以推广这一先进模型在国内的应用范围,提高非点源污染模拟、监测、评价工作的效率及结果的可靠性.     

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SWAT模型的房山区不同情景方案下的蒸腾蒸发模拟

根据房山区的基础数据,结合SWAT模型自带的数据库,建立研究区的属性数据库,构建房山区SWAT模型。运用SWAT模型对2020年及2030年在不同管理措施下的情景方案进行模拟,结果显示：在设定的8种情景方案中,考虑节水灌溉措施下的农业灌溉定额管理,采用现状灌溉定额;调整农业种植结构适当减少耗水量比较大的旱作粮食、露天菜田,增加耗水量比较小的林地、设施农业、干鲜果等使种植结构优化;逐步减少地下水超采这3种因素下模拟的蒸腾蒸发值（ET）与目标ET值最接近。即在此方案设定的水资源规划管理模式下,可遏制房山区水资源的过量损耗,终止地下水的过度开采,最终实现流域的可持续发展。该研究可为房山区水资源管理提供重要的依据。     

基于SWAT模型的中尺度流域气候变化水文响应研究

基于2002--2004年气象资料,选择一中尺度流域——漳卫南流域,采用SWAT模型的Arc View界面AVS2000构建了分布式水文模型,并以流域现状气象条件为基准,设置了24种不同气候情景,以流域径流量、腾发量（Eτ）和产水量3个SWAT模型输出指标定量分析了气候变化对流域水循环的影响。模拟结果表明气候变化对于流域腾发量（Eτ）、地表经流量和产水量均有显著影响：流域降水量增加,流域腾发量（Et）、径流量和产水量都随之相应增加;流域气温增加,腾发量（Eτ）随之相应增加,但径流量和产水量随气温增加而相应降低。研究结果对于变化环境下的流域水资源管理具有一定的意义。     

水稻灌区水量转化模型及其模拟效率分析

为更合理地定量描述和研究分析南方丘陵水稻灌区水量及其转化关系,在已构建的水稻灌区分布式水量平衡模型（改进SWAT模型）的基础上进一步从模型模拟结构、稻田水量平衡要素（蒸发、降雨、渗漏和灌排）模拟和渠系渗漏影响等方面对模型予以改进完善,以期能合理体现灌区特征,充分描述灌区水文过程,提高模拟精度,为灌区水量转化和节水潜力分析研究提供有效手段。文中将完善相关改进的模型应用于漳河灌区典型流域,并将其模拟结果与原SWAT模型模拟结果比较分析。结果表明：改进SWAT模型径流模拟总量与实测值基本一致,相对误差在±10.0%之内;Nash-Suttclife效率系数达到0.57～0.76;评价系数均在0.85以上。原SWAT模型径流模拟总量仅占实测值的30%～40%;Nash-Suttclife效率系数均低于0.50,甚至出现负值;评价系数在0.76～0.91之间。改进SWAT模型水稻蒸发蒸腾量模拟值与试验值相对误差仅为-4.76%,评价系数为0.93,Nash-Suttclife效率系数高达0.85;而原SWAT模型模拟值与试验值相对误差高达-38.49%,评价系数为0.73,Nash-Suttclife效率系数为负值。可见,改进SWAT模型因全面考虑水稻灌区水文特征,其模拟效率明显优于原SWAT模型,更适合于南方丘陵区水稻灌区的水文循环模拟。     

SWAT模型研究及应用进展

SWAT模型因“3S”技术的成熟得到了飞速的发展和应用,是目前研究水文和面源污染等问题的一个有效工具。本文简介了SWAT模型的发展与特征,概述了SWAT模型目前在国内外的研究现状,并对SWAT模型今后的发展提出了建议,为模型的进一步完善和发展提供基础。SWAT模型在面源污染和水文过程模拟中都取得了不俗的成果,并逐渐成为水文和水质研究的主要手段。模型的数据获取、研究尺度和不能精确地反映污染物质在各种景观中的迁移过程是模型所存在的缺陷,需要进一步研究与完善。     

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模型的中尺度流域产流产沙模拟研究

以黄河下游小花间（小浪底-花园口）区域洛河卢氏水文站以上流域为研究区,在GIS技术支持下,应用分布式模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）进行了流域产流产沙模拟。采用卢氏水文站1992～1997连续6年的实测月均径流和泥沙数据对模型进行了校准:在模型校准过程采用自动数字滤波技术将径流总量划分为直接径流和基流,并分别对直接径流和基流进行了校准,以达到径流总量的拟合,在此基础上对流域泥沙负荷进行了校准;采用1998～1999连续2年的实测月均径流和泥沙数据对模型的适用性进     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。     

基于改进SWAT模型的南方多水源灌区灌溉用水量模拟分析

为提出一种合理有效的南方多水源灌区灌溉用水量模拟统计方法,该文针对南方多水源灌区水循环及灌溉取水特点对SWAT模型进行改进,尤其添加了多水源自动灌溉模块用于模拟作物不同水源类型的灌水量,并统计推求灌区灌溉用水量。以浙江省浦江县通济桥水库灌区为例,应用改进SWAT构建灌区水循环模型,利用灌区出口实测月径流数据及4条干渠渠首监测的灌水量数据校正及验证模型,其中月径流在验证期的Nash-Suttclife效率系数为0.89,干渠灌溉用水量模拟值与观测值相对误差的绝对值最大不超过20%,表明改进SWAT模型具有良好的模拟效果。利用所建模型模拟分析通济桥水库灌区长系列灌溉用水量,结果显示灌区灌溉用水量呈现丰水年小、干旱年大的变化规律;除监测的骨干水源通济桥水库及浦阳江取水以外,灌溉用水量的41.40%来源于灌区内部的河道、塘堰及小型水库,说明只监测干渠渠首灌水量无法统计整个灌区灌溉用水量;随着灌区节水改造投入,灌区灌溉水利用系数提高,其灌溉用水量减少。基于改进SWAT模型进行多水源灌区灌溉用水量模拟为灌区灌溉用水量统计分析提供了一种有效的方法。     

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。     

Soil and Water Assessment Tool Soil Loss Simulation at the Sub‐Basin Scale in the Alt Penedès–Anoia Vineyard Region (Ne Spain) in the 2000s

This paper evaluates soil loss due to water erosion in an area of 32,362 ha with a predominant land use of vineyards (Alt Penedès–Anoia region, Catalonia, Spain). The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used incorporating daily climatic data for the period 2000–2010 and also detailed soil and land use maps. Particular attention was given to the universal soil loss equation cover and management factor (C factor) of vineyards, with a minimum value of 0·15 being determined for this crop. The model was calibrated using daily flow data for the year 2010, which yielded satisfactory results. Even so, significant differences were obtained on days with high‐intensity rainfall events, when the model overestimated runoff and peak discharge. In these vineyards, the simulated average soil losses per sub‐basin ranged between 0·13 and 9·73 Mg ha⁻¹ y⁻¹, with maximum values of between 26·32 and 42·60 Mg ha⁻¹ y⁻¹ registered in fine‐loamy soils developed on unconsolidated Tertiary marls. Other findings were related to problems associated with SWAT calibration under Mediterranean conditions characterised by major climate variability and high‐intensity rainfall events. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

乌江流域蓝绿水对气候和土地利用变化的响应

为了更深入地研究气候变化和土地利用变化对乌江流域蓝绿水时空分布的影响,该研究采用SWAT（soil and water assessment tool）模型,利用1985—2019年逐日气象数据以及1990年、2000年和2010年土地利用数据,设定多种变化情景,定量分析了蓝水绿水对乌江流域气候和土地利用变化的响应。同时,还利用5个CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模式集合平均（multi-modal ensemble,MME）以及FLUS（future land-use simulation）模型,预估了乌江流域在2015—2100年间蓝绿水的时空变化。结果表明：1）SWAT模型在乌江流域的校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.94、0.87,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.94、0.77,FLUS模型的Kappa系数为0.764,证明其在流域水文模拟和未来土地利用预估方面的可靠性。2）在1985—2014年间,乌江流域的蓝水、绿水都呈现出先增加后减少的趋势。蓝水、绿水均先分别增加了137.3、7.9 mm/a,然后分别减少了127.5、12.7 mm/a。气候变化对蓝水变化的影响贡献占比为99%,对绿水变化的影响贡献占比平均为88%,表明气候变化在蓝水和绿水变化中的主导地位。3）到2040年,城镇用地面积几乎比2010年扩张了近1.5倍。在2015—2100年,无论是在SSP2-4.5还是SSP5-8.5情景下,蓝水、绿水都呈增加趋势。因此未来需要合理规划乌江流域的土地利用,控制城镇化速度。研究结果可为乌江流域合理规划土地利用、实现水资源综合管理提供支持和参考。     

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。