基于AnnAGNPS模型的陕西黑河流域非点源污染模拟

以陕西黑河流域为研究区,借助GIS和相关资料提取参数,建立AnnAGNPS模型数据库。采用1991-1998年黑峪口断面月径流量、泥沙和无机氮、总磷监测数据率定和验证模型,分析AnnAGNPS模型在西北半干旱地区典型流域的适用性。结果表明,AnnAGNPS可用于该流域非点源污染的长期模拟。在此基础上,对模型主要参数进行了敏感性分析。最后利用校准后的模型进行流域非点源污染管理措施模拟。为了达到同时削减径流、沉积物及总氮、总磷的输出量,在流域应采取退耕还林的措施,治理非点源污染。     

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。     

基于AnnAGNPS模型的大宁河流域泥沙输移比评价

选择三峡库区大宁河流域为研究区,基于流域土地利用、土壤、地形及11个气象站8 a气象数据等资料,利用分布式流域评价模型-AnnAGNPS研究了流域泥沙输移特性.结果表明,大宁河流域多年平均输沙量自上游巫溪站的1.25×106t/a,沿程递增至大昌站的1.81×106t/a,大昌站以下增加缓慢,到流域出口为1.95×106t/a;东溪河和巫溪站以下至大昌站的大宁河干流左岸区间是两大产沙集中区;全流域SDR值为0.30,各子流域SDR值变化范围为0.376～0.531,与相关文献研究结果一致;干流控制站SDR值与流域站点控制面积呈负相关关系(r2=0.73),但这种关系在各支流上不明显,这是由于各子流域地形、土壤、土地利用和降雨量空间异质性都很大,表明对于不同的流域,仅用SDR值与流域面积关系无法确切计算其SDR值.     

基于多源数据AnnAGNPS西枝江流域的污染模拟研究

以西枝江流域为研究对象,结合GIS技术,建立了AnnAGNPS模型数据库,对流域内非点源污染主要影响因素的特征以及非点源污染的时空分布特征进行了分析。结果表明:流域内降雨侵蚀力、径流深、土壤侵蚀和沉积负荷的年际间变化很大,降雨侵蚀力月间分布极不均匀,季节变化十分明显,后三者的变化趋势都与平均降水量表现出较好的对应关系,但是又并不完全一致;流域内的径流深空间分布极不均匀,而土壤侵蚀、沉积负荷空间变化相对不是十分明显,三者都有沿河道向两边逐渐递减的趋势,在人口密集地区及河塘密集地区,径流相对其他区域比较大。本文为西枝江流域的非点源污染模拟研究提供了基础数据平台,也为该模型在整个东江流域的合理应用奠定了科学基础。     

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。     

基于径流模拟的分布式水文模型参数的空间响应研究

SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是一个集成遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和数字高程模型（DEM）技术的基于水文过程的、具有较强物理机制的先进的分布式流域水文物理模型。为了进一步研究流域尺度内水文过程的时空变化规律,深入了解流域水文时空过程与气象、地-气界面条件及流域地貌特征间的关系,选取汉江上游马道流域,运用AVSWAT2000版模型进行1981-985年间的年、月径流模拟,以月径流模拟的N-S模型效率系数为主要指标,率定出月模拟效果最佳时（N-S模型效率系数达0.9427）的各参数值。在此基础上从马道出水站点沿主河道往上游再选取6个控制点,用前面率定好的参数来模拟各个控制点处的出口流量,并研究径流模拟的空间响应,提出归一化径流面积比指数。分析指出当蒸发量小于月平均降水量时,马道流域不同面积研究区的归一化径流面积比指数趋于稳定值,当蒸发量接近或者大于月平均降水量的时候,随着研究区面积由大到小的变化,归一化径流面积比指数波动加剧,研究区面积越小,归一化径流面积比指数值的偏移量越大。     

空间数据对分布式水文模型SWAT流域水文模拟精度的影响

分布式水文模型的模拟精度受空间参数精度的影响.提升空间参数精度能较为精准描述流域空间特征,也会使空间数据量冗增,甚至影响模型运行效率.以分布式水文模型SWAT为例,分析DEM、子流域划分、土地利用、土壤、降水站点等空间数据精度对模型模拟精度的影响.结果表明:1)对不同对象(流量、泥沙、营养元素等)进行模拟时,大多数空间数据分辨率阈值不同,分辨率超出阈值可能降低模型模拟的精度;2)DEM分辨率降低,泥沙和总磷(TP)模拟结果的相对误差明显增加,而流量和硝态氮(NO3-N)模拟结果变化极小;3)DEM分辨率达到一定精度后,进一步提高并不会使地表径流模拟精度得到改善,低分辨率DEM获得的坡度较小,这会降低模型对流量的模拟,模拟的洪峰径流产生滞后现象;4)子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大.子流域和水文响应单元的划分数量对流域上游产沙量影响较大,而对流域出口处泥沙荷载影响较小;5)土地利用和土壤图精度主要通过影响模型中HRU生成的数量而影响模拟结果;6)地表径流模拟上,能够体现对地表径流贡献较大的局地降水事件的分布式的降水数据要比利用气象站点获得的降水数据模拟结果的精度要高.研究结果可以为今后模型开发、利用、改进提供参考,提高模型模拟的精度.     

基于AnnAGNPS模型的农业非点源污染模拟

以大沽河典型小流域为研究区,借助GIS和相关资料率定参数,完成模型数据库的建立。在此基础上,采用流域出口2001～2002年径流量、泥沙和总氮监测数据优化参数、校准和验证模型,分析AnnAGNPS模型在大沽河典型小流域应用的可行性。2000～2001年,地表径流的年均模拟偏差分别为12.7%和7%,丰水期的月模拟偏差都在±30%以内,日模拟值与实测值相关系数分别是0.98和0.91,模拟结果理想;年均泥沙输出模拟误差分别为19.1％和15%,月均泥沙估算的相关系数分别为0.78和0.73,模拟结果基本可接受;年均模拟误差为50%左右,月均估计及降雨场次模拟的相关系数分别低于0.7和0.6,总氮污染负荷估算有很大的不确定性。结果表明,如何提高模型的营养盐模拟精度将是未来AnnAGNPS模型在大沽河流域应用的前提与基础。研究成果对于AnnAGNPS模型在国内的应用和推广,具有很好的示范性,并为大沽河全流域分布式水文模型的构建奠定了基础。     

三峡库区大宁河流域AnnAGNPS模型参数评价

AnnAGNPS是一个基于连续事件、流域尺度的分布式农业非点源污染模型,用来模拟流域地表径流、泥沙与化学物质迁移,进而评价流域内农业管理措施对流域水文和水质的响应。构建完善的数据库是模型合理应用的前提条件,以位于长江三峡库区的大宁河沟流域为例,应用3S(GIS,RS和GPS)技术,结合实地调查,建立了AnnAGNPS模型数据库,评价了气候、地形、土壤、土地利用和作物等相关参数的确定,重点分析了模拟单元划分、土地利用数据库和土壤相关参数等因子,为大宁河流域侵蚀产沙和农业非点源污染模拟研究提供了基础数据平台,也为该模型在长江三峡库区的合理应用奠定了科学基础。     

基于AnnAGNPS模型的千岛湖流域氮、磷输出总量预测

农业非点源污染目前已成为我国水环境恶化和湖泊富营养化的重要因素。运用AnnAGNPS模型对千岛湖流域农业非点源污染物输出总量及时空分布进行预测分析。研究结果表明预测结果与实测结果在一定误差范围内基本一致，表明该模型应用于农业非点源污染负荷估算及评价是可行的。     

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.     

三峡库区大宁河流域径流泥沙的AnnAGNPS定量评价

选择位于三峡库区的大宁河流域为研究区,利用著名的农业非点源污染模型-AnnAGNPS对该流域的径流与泥沙进行了定量评价.首先基于流域土地利用、土壤、地形及气象数据等资料对模型参数化,在数字滤波法切割水文站总径流中的基流后,利用偏差、相关系数r~2和Nash-Sutcliffe模拟系数(NS)等多个指标评价了模型对径流和泥沙量预测性能,校正期(1998-1999年)预测与实测的直接径流深偏差为3.71%,相关系数r~2为0.94,斜率k为1.04,NS系数0.94;验证期(2003-2005年)预测与实测直接径流深偏差-6.37%,相关系数r~2为0.93,斜率k为0.93,NS系数0.94;预测与实测的多年平均输沙量偏差为-16.5%.最佳管理措施(BMPs)评价显示退耕还林方案削减了总输沙量和侵蚀量的24.5%,是一种水土流失较好的治理措施.研究证实了AnnAGNPS模型在该流域的适用性,显示了模型在流域径流与泥沙负荷估算及其评价中的应用潜力.     

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。     

地形和土壤/土地利用空间聚合对径流和输沙量影响的AnnAGNPS模拟

为进一步揭示分布式水文模型子流域划分对径流和输沙量模拟的影响,以东南沿海桃溪流域为研究区,构建日尺度产流产沙的AnnAGNPS模型,基于9种不同临界源面积(critical source area,CSA),分析了不同子流域划分对输入参数空间聚合的影响,并设置7种组合情景,分别从年和日尺度,定量区分了地形与土壤/土地利用参数的空间聚合对产流产沙过程的影响。结果表明:1)随着CSA取值的增加,地形、土壤和土地利用类型在空间上存在明显的聚合。2)土壤/土地利用参数空间聚合导致年平均径流量和输沙量减少,且对输沙量影响更显著;地形参数的空间聚合导致年输沙量减少,但对年平均径流量无显著影响。3)地形参数的空间聚合造成的洪峰流量增加、峰现时间提前,是影响日径流过程变化的主要因素。4)土壤/土地利用参数的空间聚合对多年平均最大1 d、连续最大5 d输沙量的影响随着聚合程度的增加而显著下降,而地形参数的空间聚合造成日输沙过程峰值的出现时间提前。     

Evaluation of runoff,peak flow and sediment yield for events simulated by the AnnAGNPS model in a belgian agricultural watershed

The AnnAGNPS model, widely utilized as a practical tool for addressing erosion problems and land use planning, was implemented in a small agricultural watershed located in central Belgium, to assess its prediction capacity of runoff, peak flow and sediment yield in humid temperate conditions. Model performance was evaluated at the event scale by using a database reporting hydrological, geomorphologic and land use data collected during a 2‐year period. Seventeen events were modelled and compared with the corresponding observations at the watershed outlet. The model performed well in predicting the largest runoff volumes, as shown by the high values achieved for the coefficients of efficiency (E = 0·89) and determination (r² = 0·92). However, some events resulted in zero runoff simulation. The prediction capability for peak flow and sediment yield was poor (E = 0·35 and 0·16, respectively). This inaccuracy can have several causes: the internal model deficiencies may be due to the incomplete representation of watershed complex processes, while external problems may be related to the conditions within the modelled watershed and the quality of recorded data. On the whole the AnnAGNPS model may be considered as being suitable to simulate the significant runoff events in the experimental watershed. However, the model may be seen as better suited for comparative assessments of alternative management and policy scenarios and for gross estimation of nutrient loads rather than the precise prediction of a single event, consequently helping in the prediction of land degradation problems in the experimented conditions. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。