不同土地利用/覆被类型情景下清漳河流域的水文响应

清漳河流域属于水资源短缺的山区流域,为提供流域内合理土地利用优化方案和水资源调控理论依据。故以清漳河流域为研究区域构建基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,评价流域土地利用/覆被变化的水文响应。SWAT模型在清漳河流域具有良好的适用性,模型可以较好的模拟流域内的地表径流过程;在不同土地利用/覆被类型配置情境下,探讨地表径流及其CN值变化,分析出单一土地利用类型的产流能力,结果耕地草地林地;受近年城镇化的发展和退耕还林还草的政策影响,相对1980年土地利用/覆被情景,退耕还林情景的综合产流能力减小,城镇化情景的综合产流能力增加。     

基于SWAT模型的金华江上游土地利用变化对径流影响的研究

流域内土地利用变化对水文循环有着重要影响.本文通过在金华江上游建立SWAT模型,模拟了不同土地利用情景下流域径流的变化特点,结果表明:SWAT模型模拟精度高,其中验证期Ens=0.85,R2=0.85,Re=0.07,可以模拟及分析流域水文对土地利用变化的响应;在该流域内,林地有减少径流量的作用而草地和耕地相反;保护耕地使流域内农业产量增加但也使径流量增加,且增加量集中在雨季.     

SWAT模型在我国的研究和应用进展

经过十几年的发展,SWAT模型已在我国的水质模拟研究中得到了认可和肯定。系统分析了SWAT模型在全国各个流域水系的应用分布概况及模拟成果,表明模型适用于不同地域、不同空间尺度、不同时间步长等多种环境过程。在模拟产流产沙及非点源的研究中,模型可能受到土地利用、植物覆被、土壤、气象等诸多因素的影响。在查阅大量关于SWAT模型参数率定的研究文献后,统计出了各流域对模拟有极大影响的5个敏感性参数范围以供参考。研究对于SWAT模型的应用具有重要意义。     

典型岩溶流域土地利用变化的水文响应

为了研究土地利用方式变化在典型岩溶流域产生的水文响应,构建了倒天河流域的SWAT模型,利用该模型探讨了不同土地利用情景下流域流量的变化规律和子流域产水量的变化规律及其调蓄能力分析,结果表明:参数率定后的SWAT模型在模拟倒天河流域月流量过程中表现良好,模型适用于该研究区;草地转为耕地会导致流域流量增加,调蓄能力减弱;林地向耕地、草地向耕地转化易改变子流域产水量,草地向林地的转化不易改变子流域产水量;林地向耕地、草地向耕地、草地向林地的土地利用转化均会导致子流域调蓄能力变弱,草地向耕地的转化对调蓄能力的改变尤为显著。研究成果对减轻岩溶区旱涝灾害,防治石漠化有重大意义。     

基于SWAT模型的卧虎山水库流域径流模拟

为探讨SWAT模型在中小流域的适用性,以卧虎山水库流域为例,在3S技术的支持下,制备了SWAT模型所需的DEM、土地利用、土壤及气象等数据库,构建了卧虎山水库流域SWAT分布式水文模型,并以2007-2009年实测数据对模型参数进行率定,以2010-2011年数据进行模型验证。结果表明,逐月径流量模拟值与实测值的Nash效率系数、相关系数均大于0.70,相对误差小于15%。总的来说,SWAT模型能够较好地模拟卧虎山水库流域的地表径流过程,可以在该地区推广应用。     

土地利用/覆被数据精度对流域水文过程模拟的影响研究

土地利用/覆被是水文过程模拟的关键参数,影响截留、入渗、蒸散发和地下水补给等过程,最终影响河道径流量。【目的】更好地了解不同精度的土地利用/覆被数据对水文过程模拟的影响。【方法】将黑河上游祁连山区3种具有不同分辨率、不同分类精度的土地利用/覆被数据(NLULC,NLULC-1km以及MICLULC)分别输入SWAT水文模型中模拟黑河上游出山径流量,分析了模型率定前和率定后的模拟效果。【结果】将空间分辨率更高、土地利用/覆被分类较少的土地利用/覆被数据输入SWAT模型,能够减少模型校准的复杂度和工作量;模型校准后,分类程度越详细的土地利用/覆被数据对应的SWAT模型径流模拟效果越差;水文模型的校准过程会导致土地利用/覆被数据的空间分辨率对径流模拟的影响变小。【结论】在利用SWAT模型进行径流模拟时,输入分辨率高且分类较少的土地利用/覆被数据能够使模型模拟效果更好。     

SWAT水文模型在灌区水文和物质模拟中的研究进展

SWAT模型是当前世界广泛被使用的流域分布式水文模型,主要在大尺度上对流域不同的水文物理化学过程进行模拟。近年来,随着灌区水文过程的深入研究,SWAT模型逐渐由单一的流域水文模拟扩展到灌区水文、农业非点源污染的模拟,然而在灌区模拟的过程中存在一系列问题。系统地介绍了SWAT模型的特点,并对国内外学者应用SWAT模型在灌区水文、污染物模拟中的改进,与其他模型联合应用,灌区非点源污染等方面进行了总结和评述,并对SWAT模型在灌区模拟中仍然存在的问题进行了分析和总结,探讨了SWAT模型在平原型灌区的应用前景并进行了展望。     

潜在蒸散量对SWAT模型寒区典型流域径流模拟的影响

以目前广泛应用的SWAT模型为例,利用对比研究方法,以欧根河流域作为典型研究区域,采用PenmanMonteith模型、Priestley-Taylor模型、Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型及修正的20 cm蒸发皿观测数据计算潜在蒸散量(PET)。研究不同PET驱动的SWAT模型对模拟结果的影响,研究结果表明:SWAT模型以子流域为尺度对PET计算结果进行插值的方式较粗略,不能较好反映PET的空间分布情况,在大面积森林覆盖的不同子流域,月平均PET值随不同子流域内森林物种的种类和分布不同数值变化较小,并非在考虑地形影响下SWAT模型模拟的日径流量结果均好,在未考虑地形影响下Penman-Monteith模型与考虑地形影响下的Hargreaves模型、Shuttleworth-Wallace模型模拟结果较好,其中Penman-Monteith模型拟合的效果最好,率定期与验证期的Ens值分别为0.651、0.686,说明Penman-Monteith模型更适合用于高寒森林地区的潜在蒸散量计算。     

土地利用变化对盘龙江流域产流过程的影响分析

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,在盘龙江流域的水文过程模拟的基础上,分别采用1994、2000、2008年土地利用数据来定量评价盘龙江流域1994-2008年土地利用变化对流域水文过程影响。结果表明:①1994-2008年,在林地、农业用地面积减少,建设用地、草地、水域、裸地面积增加的影响下,盘龙江流域单位面积的侧向流和基流分别降低7.08和4.25 mm;地表径流、实际蒸发和潜在蒸发分别增加13.69、2.51和2.20 mm;径流总量共增加2.36 mm。②地表径流和侧向流与实际蒸发、潜在蒸发及径流总量相比,前者对土地利用变化的响应在雨季更为敏感,而后者则表现在旱季。     

基于SWAT的浑河流域上游地区硝态氮淋失量估算

以浑河流域上游地区为研究流域,应用SWAT模型估算了该流域硝态氮淋失量的空间和时间分布以及不同土地利用类型硝态氮的淋失量。利用2008—2010年实测径流资料对模型进行了校核与验证,结果表明,流域硝态氮的淋失量与施氮量在空间分布上是一致的,且与水分渗漏有较好的相关关系,降雨、施肥是影响流域硝态氮淋失的主要因素;此外,不同土地利用类型的硝态氮淋失量的差异也非常明显,耕地的硝态氮淋失量最高,林地次子,居民区、裸地等最小。     

基于SWAT和CLUE-S模型的不同土地利用方式对排涝模数的影响

【目的】研究土地利用方式变化对排涝模数的影响,优化区域排涝管理。【方法】选取湖北四湖流域螺山排区为研究区域,将流域水文模型SWAT和土地利用变化模型CLUE-S联合应用,设置了6种水旱比、5种水面率及5种城市化率的单因素变化(即其他2个因素不发生变化)条件下不同土地利用情景,应用CLUE-S模型模拟生成各情景下的土地利用空间分布图,建立了SWAT模型模拟不同土地利用情景的降雨径流过程,分析了不同土地利用方式对排涝模数的影响。【结果】在相同的设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到1时,排涝模数减小了0.117 m~3/(s·km~2);当水面率由0增加到20%时,排涝模数减小了0.111 m~3/(s·km~2);当城市化率由0增加到10%时,排涝模数增加了0.104 m~3/(s·km~2)。排涝模数随着水旱比和水面率的增大均呈减小趋势,随着城市化率的增大呈增大趋势。在相同设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到0.2时,排涝模数只减小了3.06%;当水面率由0增加到10%时,排涝模数减小了14.03%;当城市化率由0增大到10%时,排涝模数增大了16.67%。3种引起土地利用方式变化的因素中,排涝模数对水面率和城市化率变化的敏感程度相当,对二者的敏感程度明显大于水旱比。【结论】在未来区域规划中,可以通过增大水旱比、增大水面面积和限制城市扩张来减轻排涝压力,其中适当增大水面面积和限制城市扩张更加有效。     

气候与土地覆被变化下的水文响应模拟——以太行山八一水库流域为例

太行山区是华北平原的重要水源地,但近年来山区来水的逐渐减少已成为该地区水资源缺乏的重要原因之一。利用分布式水文模型SWAT,根据野外实际调查及室内实验获得了模型所需的水文地质参数,通过模型校准和验证,建立了太行山八一水库流域的水文模型,Nash-Sutteclife模型效率系数等评价结果显示,SWAT模型在该流域具有很好的适用性。结合该区历史气候与土地覆被变化趋势,分别假定了25种气候情景和4种土地覆被情景,模拟结果表明,气温降低和降水增加的情景下,流域的径流量明显增加,并且随着土地覆被的好转,径流量逐渐减少,蒸发量增加。从水文角度探查了太行山区径流变化的原因。     

基于SWAT模型的布尔哈通河流域面源污染的变化研究

【目的】揭示土地利用变化下面源污染时空变化特征,探究流域景观格局与面源污染的关系。【方法】以布尔哈通河流域为研究对象,利用SWAT分布式水文模型模拟1986-2016年4期土地利用变化下面源污染分布特征,运用Fragstats4.2软件计算了1986年和2016年布尔哈通河各子流域的景观格局指数,最后使用CANOCO5.0软件分析子流域面源污染和景观指数之间的关系。【结果】①构建的SWAT模型模拟的径流量和总磷量在校准期和验证期的决定系数R²和纳什效率系数NSE都达到0.6以上,模型能很好地模拟流域水文水质状况,1986-2016年,SWAT模拟的总磷年负荷分别为74.04、73.78、82.50 t和128.31 t。②面源污染与景观格局存在密切关系,景观组成格局方面,林地面积与总磷负荷负相关,农田和建设用地面积与总磷负荷正相关;景观空间格局方面,林地斑块破碎化程度与总磷负荷正相关,而农田斑块的破碎化程度与总磷负荷负相关。流域斑块之间的越高流通性和聚集性,对养分流失改善有积极作用,而流域内景观异质性的增加和形状的复杂化,则会导致污染负荷输出风险的增加。【结论】流域面源污染负荷急剧增加,面源污染防治的关键控制区域在坡度较高的北部区域和农田及城镇集中的东部区域,该区域规划土地利用和优化景观格局时,应优先考虑防止林地斑块破碎化程度的提高和控制城镇面源污染源。     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析。通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大。借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型在清水河流域的适用性较好。利用模型模拟结果对流域内TN、TP污染负荷进行统计,并对其时空分布特征展开分析。非点源污染的时间分布特征:2011、2013、2015和2016年的年均非点源污染输出负荷表现为TN>TP,并且具有明显的季节性,夏季和冬季分别是非点源污染产生的高峰期和低谷期,各子流域的累积负荷量也呈现出汛期大于非汛期的特点;空间分布特征:污染负荷流失强度较高的关键源区为2、3、5、6、7、10、12、14号子流域,集中分布在东沟和西沟水系两侧,主要土地利用类型为耕地和草地。各子流域的非点源污染输出负荷与降雨量均呈正相关关系,输出负荷与降水相关性较强的区域集中分布在正沟、西沟两侧和东沟上游,该区域内非点源污染物的流失与降水密切相关,高降雨量及强降水都会引起污染物的大量流失。     

Development of a pathogen transport model for Irish catchments using SWAT

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) represents a dynamic catchment modelling application that can be applied to any river basin and used to quantify the impact of land management practices on water quality over a continuous period. The objective of this study is to apply the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to model pathogen transport, simulate management practices affecting water quality and predict pathogen loads in Irish catchments. Based on input data regarding agricultural practice, demographics and hydrological parameters for the river Fergus catchment, SWAT was run to predict concentrations of Escherichia coli. Hydrometric validation results display a very good linear relationship between observed and predicted data (Coefficient of determination R² = 0.83, Nash-Sutcliffe efficiency E = 0.78) and indicate satisfactory simulation of hydrologic processes within the catchment. To date, pathogen predictions have proved variable between observed and simulated figures. Based on recommended values for the quantification of catchment modelling accuracy, predictions for E. coli can be described as acceptable and satisfactory with R² = 0.68 and E = 0.59. Extensive monitoring is required for such simulations and the current study represents partial validation. Results suggest that although the capabilities exist to simulate pathogen transport in catchments, the capacity to accurately account for all factors that can contribute to water degradation is uncertain. The sensitivity analysis identified the bacteria partition coefficient (BACTKDDB) as the most important input parameter. In addition it reveals areas where further research is required, particularly in assessing the initial concentration of E. coli in human/animal waste. The developed model provides a tool capable of protecting water sources and human health from waterborne pathogens.     

基于SWAT模型的开都河上游未来土地利用变化对径流的影响

【目的】揭示土地利用变化下的流域径流变化。【方法】以开都河上游区域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT,采用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)预测法、当地土地利用规划要求和极端土地利用情景法共设置了4种2025年土地利用情景,包括自然发展情景、规划发展情景、极端草地情景、极端林地情景。【结果】①构建的SWAT模型在率定期(R2=0.74,NSE=0.73)与验证期(R2=0.58,NSE=0.57)的模拟结果可以接受。②采用CA-Markov模型模拟的2010年土地利用类型图Kappa系数为0.83,可用于预测2025年土地利用类型。1980—2010年土地利用类型变化主要表现为草地转换为水体和未利用地,其转换面积分别为106.09 km2和0.5 km2。③相较于基准年2010年,各土地利用情景下的年均径流量均减少,自然发展情景减少最快,极端草地情景减少最慢;从丰水期与枯水期来看,2种时期下各情景月均径流变化完全相反;从其季节分配来看,各土地利用类型在夏季对径流变化影响最大,冬季影响较小。【结论】该地区草地是影响径流最主要的调控因子,原有草地的减少会引起夏季径流较大幅度减少,对于未利用地,可考虑开发为草地。     

基于ET管理的县域水资源合理配置研究

根据ET管理理念对水资源供耗评价指标体系进行整理,运用SWAT模型模拟ET,并以新乡县为例进行县域水资源供耗平衡分析和优化配置。结果表明,运用SWAT模拟所得到的ET比遥感ET能够更合理的反映实际耗水量,SWAT模拟ET的Nash-Sutcliffe效率系数(ENS)达0.75;根据SWAT模拟规划水平年(2010、2015、2020年)的可消耗ET,在社会、经济、环境和生态等目标中进行平衡后,再对新乡县水资源进行最优配置,可使新乡县2020年的水资源供耗达到平衡。