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。     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT（soil & water assessment tool）模型,利用不同精度（1:5万、1:50万和1:100万）的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】（1）土壤数据对水文响应单元（HRU,hydrologic response unit）的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;（2）进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标（流量、泥沙、总氮和总磷）的模拟效果存在差异,但并非土壤数据精度越高模拟效果越好;（3）随着子流域面积的增大,不同土壤数据提取的土壤属性的平均值趋于一致,且校准过程会对面积较小的子流域产生较大的影响。【结论】因此,在实际的模型模拟中应根据流域的大小和模拟的指标选择土壤数据的精度,同时在模型校准过程中要注意空间尺度的影响。     

DEM分辨率对SWAT模型水文模拟的影响研究

以灞河流域为研究区,以DEM的分辨率(30~500 m)作为变量,进行了DEM空间分辨率对SWAT模型水文模拟的敏感性研究。首先,不同分辨率DEM作为输入数据构建SWAT模型并进行模拟,其后将模拟结果与灞河流域马渡王、罗李村水文站的实测流量比对进行相对偏差计算,最终采用均值变点统计方法,以模拟结果的相对偏差为研究对象,探讨分析了DEM尺度效应的最佳尺度拐点。结果表明,DEM分辨率的变化深刻影响着水文模型流域特征的提取,其分辨率的降低会导致流域的最大坡度、平均坡度、河道长度均发生衰减,同时流域形状、子流域数量也会发生不同程度的改变;随着DEM分辨率的逐渐降低(30~150 m),径流模拟的结果与实际流量的相对偏差逐渐增大,但增长幅度不超过11%。当DEM空间分辨率低于150 m时,相对偏差变化并不显著。均值变点法能够很好地识别拟合曲线发生明显变化的拐点,通过统计分析发现DEM分辨率为150 m时即为模拟结果相对偏差变化趋势逐渐由陡变缓的变化最佳拐点。     

基于SWAT模型的大安市降水入渗量变化的模拟研究

针对近年的研究热点,通过SWAT模型对半干旱、盐碱化严重的吉林省大安市进行降水入渗模拟。以2000、2004和2008年遥感影像解译得到的土地利用数据为基础,结合SWAT模型的模拟结果,讨论LUCC与降水入渗量的相关关系。2008年与2000年相比,难利用地的面积有所降低,旱地、草地等发生了大面积的增加,研究区内土地状况有所好转。通过SWAT模型运行得到的结果显示:2008年的平均降水入渗量为56.27 mm,比2000年的值高。利用降水入渗系数法进行计算,也得到了2008年的降水入渗量高于2000年的结果,这与SWAT模型模拟得到的结果有着相同的趋势,且平均降水入渗量的标准偏差为5.27,说明SWAT模型对于研究区有良好的适应性。同时,根据土地利用数据和SWAT模型模拟数据可以得知,LUCC对研究区的降水入渗量存在着一定的相关性。     

红枫湖流域非点源污染控制区划

非点源污染发生的广域性、分散性、随机性等特征使得对其进行效管控难度较大。以非点源污染关键源区识别为基础，对流域进行分区管控是实现非点源污染控制的有效途径。基于源头削减和过程管控协同管理的思路，将GIS技术、ArcSWAT模型、非参数检验和因子分析技术相结合，以农耕养殖程度较高的贵州红枫湖上游羊昌河流域为研究区，通过对流域近5 a非点源污染负荷特征进行模拟，识别影响非点源污染流失的关键因素，在此基础进行污染控制区划。结果表明：1）总氮和总磷负荷高风险区主要集中于地势较高且农业耕作活动频繁区域，刘官乡、黄腊乡、旧州镇及白云镇是非点源污染控制的重点乡镇；2）采用多因素方差分析7种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明，施肥量是影响总氮、总磷输出的最主要的因子，坡长、坡度及土地利用方式是次重要因子。针对羊昌河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现实特征来看，土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响；3）羊昌河流域可划分为3个污染控制区，第1类：生态农业综合整治区（以近河道耕种区为主，面积254.4 km2）；第2类：污染治理区（农村生活及畜禽养殖区为主，面积405.74 km2）；第3类：生态修复区（高坡度强降雨区为主，面积464.47 km2）。研究结果可有效提升羊昌河流域非点源污染治理的效率，为水源地环境保护提供参考。     

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。     

Impact of upstream changes in rain-fed agriculture on downstream flow in a semi-arid basin

The downstream impacts of increasing water consumption in the upstream rain-fed areas of the Karkheh Basin, Iran are simulated using the semi-distributed SWAT model. Three scenarios are tested at subbasin and basin levels: converting rain-fed areas to irrigation agriculture (S1), improving soil water availability through rainwater harvesting (S2), and a combination of both (S3). The results of these scenarios were compared against the baseline period 1988-2000. The S1 scenario shows a 10% reduction in mean annual flow at the basin level, varying from 8-15% across the subbasins. The reductions in mean monthly flows are in the range of 1-56% at the basin level, with June witnessing the highest flow reduction. Flow reductions are comparatively higher in the upstream parts of the basin, as a result of a relatively higher potential of developing rain-fed areas coupled with comparatively lower amount of available runoff. The impacts of S2 are generally small with reductions of 2-5% and 1-9% in mean annual and mean monthly flows, respectively. The results of S3 are in general similar to those of S1. Although the estimated annual flow reductions remain well within the available water resources development potential, measures needs to be taken to avoid excessive flow reductions in May, June and July. It is recommended that only a limited agricultural area should be converted from rain-fed to irrigated agriculture (about 0.1 million ha), and should practice supplementary irrigation. The supplies should also be augmented through developing additional water storage. Adopting such measures is extremely important for the upper subbasins Gamasiab and Qarasou where comparatively higher flow reductions were estimated.     

北运河流域非点源氮磷污染模拟分析及灌溉模式优化

为了减轻北运河流域农田灌溉引起的非点源污染,探索良性农田管理模式,选取北运河流域武清区为研究对象,采用改进的SWAT模型模拟不同灌溉方案下武清区地表径流非点源氮磷污染。结果表明：同一灌溉定额下,随着污灌次数的增加,流域水体内氮磷负荷总量呈先降后升的趋势;在所制定的灌溉情景中,冬小麦越冬、拔节期和夏玉米抽雄期进行污灌,其...     

资料缺乏地区水功能区纳污能力计算——以都匀市清水江为例

水功能区限制纳污红线的确立是实行最严格水资源管理制度的重要组成部分。然而在河流纳污能力量化的过程中往往因为流量、流速等数据的缺失或不足导致计算结果不够准确。SWAT分布式水文模型可以通过DEM生成河网并结合气象等数据计算出河道的流量和流速,模型的这一优势能够很好地解决目标河道水文资料缺乏的问题。以黔南州都匀市清水江为例,通过构建SWAT模型和一维水质模型计算出该河流各个水功能区的纳污能力,研究结果可为该河流的水污染总量控制提供数据支撑。     

闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究

通过构建适用于闽江流域的SWAT分布式水文模型，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，以定量分析土地利用变化对流域径流影响。结果表明：（1）经过参数率定的SWAT模型，率定期和验证期的评价指标R²>0.9，NSE>0.8，|PBIAS|<10%，符合模型径流模拟要求，在闽江流域具有良好的适用性；（2）相比闽江流域现状土地利用情景，耕地储备、建设开发情景下流域年均径流量分别增加12.41%，22.89%；植被恢复、分区调控情景下流域年均径流量减少4.09%，1.61%，林地和草地类型能有效减缓地表径流，减小径流年际变化量，而耕地、建设用地类型产流作用明显；（3）结合涵养指数值及丰、枯水期月均径流模拟结果分析，研究流域内林地和草地类型涵养水源、调节径流功能显著，耕地和建设用地类型径流调节能力较差，但前者水源涵养能力相对优于后者；（4）以"闽西北区合理开发耕地，保护森林，闽东北区推广坡度工业"为依据设置的分区调控情景，既能有效减缓与调节流域径流，又能保证区域粮食产量与促进经济发展，实现生态效益与经济效益统一，为闽江流域科学高效、可持续的土地利用规划提供参考。