考虑灌排运行特点的南方平原圩区分布式水文模拟

为探究适合中国南方平原圩区的水文模型及平原圩区建模与参数率定方法，把握平原圩区内部水循环规律，该研究以巢湖流域庐北大圩为研究区，基于改进SWAT(soil and water assessment tool)模型，提出了一种基于“burn-in”算法与模型河网及子流域人工修正手段的空间离散方法，考虑圩区灌排运行特点后，通过添加虚拟水库，构建了平原圩区多水源灌溉系统，通过对不同大小及特征圩区进行分类，提出了以月尺度为主的多目标参数率定方法。模拟结果表明，大部分圩区出口月径流的相对误差在±15%以内，决定系数大于0.65，纳什效率系数大于0.6，模拟效果处于中等或良好水平，表明改进SWAT模型及该研究提出的平原圩区建模与参数率定方法适用于庐北大圩的水文模拟。水量平衡与灌溉用水模拟分析结果表明，研究区的降水与外河引水主要转化为径流和蒸散发，外河引水量近似等于泵站抽排量，径流系数相对较小，大圩外河是主要灌溉水源，不同时间段内不同水源的可供水量差异明显。考虑灌排运行特点的分布式水文模型为中国南方平原圩区水管理提供了一种有效的手段。     

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。     

基于轮廓不同的DEM对宁波市姚江流域平原河网的提取研究

[目的]针对目前基于DEM提取平原河网所遇到的困境,采用新的视角提取平原河网,为完善水系自动化提取方法研究提供依据。[方法]采用Acr Hydro Tools和SWAT工具在轮廓不同的DEM下,对宁波姚江流域进行河网提取和流域确定。再以提取后的流域总面积与河流总长度为定量分析的主要指标,用相对误差公式、河网套合差公式和Visual Similarity Duplicate Image Finder软件进行综合评价与误差分析。[结果]在真实河网辅助下,Acr Hydro Tools与SWAT均是在规整型DEM基础上的提取效果很差。在临近型DEM上所提取的河网、流域和流域总出口与实际相符且精度、相似度都很高。[结论]用Acr Hydro Tools和SWAT两种工具提取流域水系都是可取的,但SWAT更加便捷;不同轮廓的DEM以及其是否与流域总出口相切会极大地影响河网提取的质量。     

SWAT模型灵敏性分析模块在中尺度流域的应用——以密云县红门川流域为例

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。基于AVSWAT2005模型灵敏性分析模块,在典型中尺度流域——北京密云县红门川流域应用与验证。通过灵敏性分析,得到影响该流域产流模拟结果精度的主要参数因子,SCS径流曲线系数(CN2)、土壤可利用水量(SOL_AWC)、基流α系数(ALPHA_BF)的影响是显著的,是最敏感因子。同时调整参数值,采用1991-2006年的实测月流量数据对模型进行了校准和验证,结果表明:模型对月流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于15%,决定系数R2大于0.8,Nash-Suttcliffe系数Ens高于0.7,SWAT模型对红门川流域产流的模拟结果良好。因此,SWAT模型中的灵敏性分析模块可以应用在面积较小的中尺度流域,具有一定的推广意义。     

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模型在黄土丘陵区燕沟流域的应用研究

SWAT是基于物理机制的分布式水文模型,能够准确地模拟及预测不同下垫面的径流量。应用SWAT模型对黄土丘陵区燕沟流域2002—2008年逐月径流量进行了模拟。结果表明,模拟率定期和验证期的Nash—Sutticliffe效率系数分别为0.76和0.81,相关系数r2分别为0.79和0.80。模型模拟精度高于评价标准(模拟效率Ens>0.5,r2>0.6),说明SWAT模型适用于黄土丘陵区小流域,模拟效果很好,可以用来监测预报黄土丘陵区的汛情,具有很强的实用性。     

遥感、GIS辅助下流域空间离散化方法研究

以江西兴国潋水河流域为研究区 ,设计了流域—子流域—水文响应单元的空间离散方案和实现步骤。在遥感、GIS技术支持下 ,应用了基于栅格的数字高程模型 (DEM)的流域水文建模方法 ,进行了流域河网的自动生成 ,子流域的自动划分以及流域边界生成研究 ,根据流域地形特征将整个流域分割成多个子流域。在分割出的每个子流域内部 ,通过数字土壤图和土地利用图的叠加统计分析生成单一土地利用类型和土壤类型组合的水文响应单元 ,将研究区离散成为 6 2个子流域 ,399个水文响应单元 ,实现了分布式流域建模的空间离散化 ,在这个过程中 ,研究解决了平坦区河网精确生成和流域边界的误差改正等技术难题。     

黄土高原泾河流域梯田对河道径流及生态基流影响

[目的]定量分析泾河流域梯田建设对河道径流、生态基流的影响程度,为流域梯田建设提供一定理论支撑。[方法]采用合作开发的嵌入梯田模块的SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟河道径流量。[结果]嵌入梯田模块的SWAT模型在模拟河道径流时可满足模型模拟精度的要求;随着梯田面积增加,河道年径流量减少,生态基流保障程度提高,年、月生态基流不满足天数降低;梯田的年平均减流量为4.25×104 m3/(km2·a);梯田具有蓄洪补枯作用,且对丰水期的调控效果高于枯水期,对河道生态基流的影响为:枯水期平水期丰水期。[结论]嵌入梯田模块的SWAT模型在该流域具有较好的适用性,提高流域内梯田面积是滞洪补枯的有效手段之一,在一定程度上保障了河道生态基流。     

基于参数移植法的SWAT模型模拟嘉陵江无资料地区径流

该文选用嘉陵江中游9个中小流域,基于参数移植方法(距离相近法、属性相似法、综合相似法)探求分布式水文模型SWAT在嘉陵江中游无资料地区径流模拟的适用性。3个有资料试验流域模拟结果显示,参数移植法的模拟精度NS、R2平均值大于0.8,径流模拟精度较好,表明基于参数移植法的SWAT模型在研究区域具有一定的适用性,同时综合相似法(0.66NS0.93)的径流模拟结果优于距离相近法(0.65NS0.93)和属性相似法(0.65NS0.92),另研究表明参证流域个数对参数移植的结果有较大影响,多个参证流域参数移植效果消除单个参证流域参数移植结果的不确定性。     

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。     

太湖上游圩区氮磷管理的减污效益分析

太湖水体富营养化的重要驱动之一是流域上游区域的氮磷流失。圩区作为太湖上游平原区域的主要地理单元，具有复杂的水文与氮磷流失过程。针对圩区科学氮磷识别与高效管控是太湖治理的关键。本研究以太湖上游平原圩区为研究对象，采用氮动态模型（Nitrogen Dynamic model for lowland Polder systems，NDP）和磷动态模型（Phosphorus Dynamic model for lowland Polder systems，PDP）模拟圩区氮磷流失的动态过程，并基于圩区氮磷流失机制进行管理情景定量模拟与氮磷减污效益分析。结果表明：1）圩区氮磷的年平均流失强度分别为40和1.75 kg/ha/yr，高于太湖流域的平均氮磷流失水平；2）当圩区外部水质控制为Ⅳ类时，氮磷流失强度分别为37.54和1.58 kg/ha/yr，圩区截流氮磷量分别增加4.9%和9.9%，高氮磷流失级别的圩区数量分别减少26.2%和63.8%；3）如将圩区内5%的水田转化为水体，氮磷流失强度分别为36.73和1.72 kg/ha/yr，圩区截流氮磷量分别增加6.6%和1.7%，高氮磷流失级别的圩区数量分别减少46.2%和22.5%；4）圩区氮磷的流失机制具有明显不同，圩外水质目标对于圩内磷的流失影响较大，圩内的水体和坑塘等对于氮滞留和净化更加有优势。     

TRMM在海河流域南系的降水估算精度评价及其对SWAT模型的适用性

准确估算区域降水对水文过程评价和水资源管理意义重大。为评估TRMM 3B42V7降水产品在海河流域南系的估算精度及其在土壤和水评估模型(Soil and Water Assessment Tool,SWAT)中的适用性,利用28个气象站降水观测数据(2007-2016年)和101个雨量站观测数据(2010-2016年)开展研究。研究表明:站点尺度上,3B42V7降水产品对月降水估算的均方根误差小于15 mm,平均误差小于8.5 mm;在湿润季节的估算精度更好。流域尺度上,日降水估算精度较差,相关系数小于0.6。分区尺度上,3B42V7能够很好地捕捉到不同等级降水强度,但对微量降雨有所低估;山区和平原的年降水量均出现高估现象,平原区较为突出;此外,3B42V7能够较好地捕捉到研究区内极端降水的时间和空间分布。分2种情景进行水文模拟,利用月平均流量对模型进行校准和验证,在情景Ⅰ中,验证期模拟结果较好,决定系数在0.56~0.96之间,纳什效率系数在-11.09~0.94之间。TRMM 3B42V7可为海河流域及其类似区域的水资源管理提供参考。     

塔里木河流域水文过程的特点初探

根据1957-2003年塔里木河流域气温、源干流水文资料，对塔里木河流域基本水文过程，山区降水和温度变化、源流区来水情况以及干流区各段水资源消耗进行分析，试图对近50年来塔里木河流域水文过程的特点进行初步分析和讨论。结果显示：塔里木河流域特殊的自然条件造成流域径流的形成区与水资源开发利用区，水资源荒漠平原消耗区相分离，而由于全球气候的变化。山区温度升高和降水增加，源流区径流量大幅增加，其中对干流影响最大的阿克苏河近10年进入特丰来水时期；但是，塔里木河干流来水量并未增加反而呈现微递减的走势，随着干流上游段耗水量的不断增加，塔里木河中下游生态环境明显退化。     

基于3个站点校准与验证的晋江流域径流模拟

 应用分布式水文模型SWAT,对东南沿海晋江流域内3个水文站点的年、月径流和基流分别进行模拟。选取1972—1975年作为模型校准期,以效率系数、平均误差、相对误差和决定系数为评价指标,率定出6个模型敏感参数,并用1976—1979年的资料进行模型验证。结果表明:利用3个站点模拟的方法可以从流域尺度上更客观地率定模型参数,改善模型的模拟效果;模型在东南沿海流域的模拟效果较好,精度较高;模拟期内降水量的差异以及水库年径流调节均会对水量模拟结果造成影响。     

基于SWAT模型的阿克苏河流域径流模拟

阿克苏河流域地处中国西北干旱区域,受高寒气候影响,其冰川和积雪融化补给对流域径流量变化、区域水资源合理优化及生态环境的保护影响重大。结合阿克苏河流域融雪径流的产流、汇流的独特之处,应用SWAT分布式水文模型对其月均径流进行了模拟研究。收集阿克苏河流域7个气象站点1980—2013年的逐日观测数据和阿拉尔水文站2000—2013年月均实测径流数据,基于DEM数据、土地利用数据、土壤数据,建立适合阿克苏河流域的融雪径流模型并进行月均径流的模拟。结果表明:SWAT模型在阿克苏河流域具有良好的适用性,校准期和验证期相对误差R_E均在8%以内,决定性系数R²和Nash-Sutcliffe效率系数NS均高于0.82,达到了模型的评价标准,为高海拔干旱区建立分布式水文模型提供了参考。     

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.     

基于SWAT模型的延河流域径流侵蚀能量空间分布

降雨侵蚀力是通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)等流域土壤侵蚀模型中应用最广泛的侵蚀动力因子,但仍具有一定的局限性,相比之下,径流侵蚀功率可以更充分地反映地表水力侵蚀动力的综合作用。分析径流侵蚀功率的空间分布,以期从能量的角度阐明流域侵蚀的分布情况,研究流域空间侵蚀的特征。该研究运用SWAT模型在延河流域的模拟结果,将次暴雨径流侵蚀功率推广到年尺度,提出年径流侵蚀功率的概念,并研究年径流侵蚀功率的空间分布规律及尺度效应。研究结果表明:在延河流域年径流侵蚀功率的空间分布具有"支流大、干流小;上游大、下游小"的特点;将子流域出口断面控制面积作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈幂函数关系,空间尺度效应阈值在155 km2;将子流域出口断面以上河长作为空间尺度因子,与径流侵蚀功率拟合,呈指数函数关系,且干、支流的空间尺度效应不同。研究结果从能量角度阐明了延河流域水力侵蚀动力的空间分布,为在延河流域不同地区进行针对性的水土资源管理、水土保持工程建设提供理论支持。     

基于人机交互的地形复杂区小流域划分研究——以湖北省为例

[目的]对地形复杂区小流域划分方法进行研究,为区域生态小流域建设、规划等提供基础数据。[方法]以湖北省为例,其地形涵盖山地、丘陵和平原,且多河流、湖泊分布。首先基于DEM自动提取全省小流域,然后辅助沟道、遥感影像、居民点数据人工修正山区小流域,在平原区采用高精度水系替代常规沟道进行人工修正,并对适宜集流阈值、小流域面积频率、精度以及河网密度进行分析。[结果]湖北省共划分小流域5 806条,面积在30～50km2的占60%,且划分精度高;面积小于20km2划分精度低,在平原区分布密集;总体上,山区小流域的划分精度高于平原区,但其小流域平均河网密度低于平原区。[结论]对任何地形进行小流域划分,都必须使用人机交互修正,才能获得较好的结果;平原区小流域自动划分的精度低于山区,需辅助高精度水系资料进行修正才能提高精度。