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。     

流域森林植被水文生态效应研究展望

对流域森林植被的水文效应及其与流域水资源关系的研究,多少年来受到各界学者关注,并取得了显著成果。但森林与水的关系问题十分复杂,二者的关系除受到流域森林植被本身高度异质性的影响外,地形、地质、土壤类型、植被等的空间变异性,气象通量诸如降雨、入渗和蒸发等的时空变化性,以及研究方法和尺度对研究成果也有着限制性影响。在综述近年来相关方面研究的基础上,就当前森林水文研究中的若干定论与争议做出分析,并对今后的研究做出展望：进一步完善流域内各类型森林景观要素的水文效应研究,探索水文效应敏感型流域森林植被景观格局及其动态特征指标,深入研究流域河岸带森林植被的水文生态效应,加强森林植被水文效应的区域性对比和跨尺度整合研究     

流域土地利用/覆盖与植被变化的水文响应模拟研究

以鄱阳湖的主要水源区梅江流域作为研究区,利用分布式机理性环境水文模型SWAT,探讨人类活动背景下植被变化对流域水文特征的影响.以遥感获取的叶面积指数(LAD表征流域的植被状态数据,并通过控制性模拟来研究流域土地利用/覆盖、植被状态的改变导致的流域水文特征响应.模拟结果表明:在1987-2001年的15 a中,虽然流域的土地利用/覆盖变化很小,但由于植被叶面积指数的变化,导致了流域年径流总量5.4%的增加,其中枯水期的增量为10.2%,丰水期则为2.6%;土地利用/覆盖和植被变化对流域水文过程的影响主要表现在暴雨强度相同的情况下,植被变化对流域流量的影响呈非线性变化趋势,其中对中等程度的暴雨影响最大;植被增加具有明显的使暴雨洪峰出现时间滞后的效应,同时也使洪水之后的"退水"过程变得平缓.     

罗玉沟流域坡面土壤侵蚀的研究

本文介绍了罗玉沟流域土壤侵蚀的基本特征,将流域坡面土壤侵蚀划分为梯田平台微度侵蚀、荒坡轻度侵蚀、农田缓坡侵蚀等7种侵蚀类型,采用定位观测和典型调查相结合的方法,测算了1987年流域坡面土壤侵蚀量,并用美国通用土壤流失方程式的推算值对测算的结果进行了验证。1987年罗玉沟流域坡面土壤侵蚀量约32.5万吨,其中农田层状侵蚀量约占总侵蚀量的42.6％,林草地鳞片状侵蚀量约占16.9％,细沟侵蚀量约占36.7％,浅沟侵蚀量约占4％。     

天水市罗玉沟流域降雨量和降雨侵蚀力变化特征研究

为给流域水土流失风险评估和防治等提供可靠有效的参考依据,根据2016—2020年罗玉沟流域内的17个雨量站的日连续实测降雨数据,运用日降雨量数据进行了降雨侵蚀力风险评估,分析了该区域降雨量及降雨侵蚀力的变化规律。结果表明：罗玉沟流域降雨侵蚀力与降雨量关系呈现出较为显著的正向相关性,决定系数R²=0.852 1;罗玉沟流域及各雨量站的年内降雨侵蚀力和降水量分布不均,呈现单峰型趋势,8月是峰值拐点,过8月后逐渐下降;流域侵蚀性降雨量占总降雨量的比例总体呈上升趋势,且降雨量、侵蚀性雨量和降雨侵蚀力年际总体呈波动上升趋势,三者之间保持一定的相关性。     

森林流域分布式水文模型研究

 构建了森林流域基于物理过程的分布式水文模型。该模型界面明晰,参数较少、容易获取,具有明确的物理意义,而且能模拟降雨、气温、植被、冻土和地形等因素对系统水文过程的影响。通过改变模型中降雨输入和森林植被组成等参数的方法可以探讨森林生态系统水文过程对降雨输入和森林植被变化的响应。     

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。     

植被对流域水文特征响应研究

通过2001～2005年连续5年的密云水库集水区的流域水文监测数据结果表明：流域内年平均降雨量为594.7 mm,主要集中在6～8月份,占全年降水的70%～80%。表层土壤含水量年均6.8%～11.3%,年内变化与降雨量趋势基本一致,先上升后下降。随着植被的恢复,流域内产流量和产沙量逐渐降低,植被的消减率最大可达77%。流域内的多次水质抽样检验结果表明：多数水质指标都达到一类水质标准,超标指标主要是总氮和总磷。     

罗玉沟流域水沙变化趋势及影响因素

[目的]探讨小流域水沙变化趋势及影响因素，为黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理和水土保持措施布设提供参考依据。[方法]采取Spearman秩次相关检验方法、累积距平法和双累积曲线法等对黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域1986—2016年降水量、径流量和输沙量变化趋势和演变过程进行分析。[结果](1) 1986—2016年罗玉沟流域年降水量趋势性变化不显著；流域年径流量和年输沙量变化具有明显的阶段性，以1993年为界，年径流量和年输沙量呈显著降低趋势。(2)降水和水土保持措施影响罗玉沟流域年径流量和输沙量，不同降水水平年，降水和水土保持措施对流域水沙变化的影响不同，水土保持措施使流域枯水年份径流量和输沙量减少最为显著。(3)水土保持措施对年径流量和年输沙量的减少贡献率分别为83.50%和80.97%。[结论]降水量变化不显著的情况下，水土保持措施对罗玉沟流域年径流量和年输沙量的减少起主导作用，水土保持综合治理对枯水年径流量和输沙量的影响幅度最大。     

水土保持措施对罗玉沟流域水沙变化的影响

根据罗玉沟流域1986—2010年降水、径流、泥沙观测数据,分析1986—2010年观测期,以及1986—1999、2000—2010年的降水量、径流量、输沙量及其相关关系,结果表明:流域内年径流量、输沙量与降水量之间均表现为较好的幂函数关系,而年输沙量与径流量之间则呈现出较好的线性关系;受流域内梯田、林地和草地面积增加,以及坡耕地面积减少影响,年径流量和输沙量均表现出不同程度的减少趋势。     

SWAT模型在黄土丘陵区参数敏感度分析及率正研究

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。应用SWAT模型,结合1986—2000年罗玉沟流域实测水文资料对径流进行模拟,并进行了模型参数敏感度分析和率正。通过敏感度分析,辨析出影响该流域产流模拟结果精度的主要参数因子,如径流曲线数CN2等。依据上述结论调整参数值,对模型进行了率正和验证,得出率正期的相对误差为14.0%,R²为96.1%,Nash—Suttcliffe系数为0.89;验证期的相对误差为8.8%,R²为91.5%,Nash—Suttcliffe系数为0.82。结果表明实测流量和模拟流量的线性回归系数和模型的效率系数满足模型模拟的要求,SWAT模型适用于该研究区域。     

基于SWAT模型的丹江流域土地利用变化对径流影响研究

为定量分析土地利用类型变化对径流的影响,基于SWAT模型,通过分析丹江流域近20年来的土地利用变化,并设置3种不同土地利用情景模式,探究了土地利用类型对流域径流的影响作用。结果表明:SWAT模型率定期和验证期的决定性系数R²和纳什效率系数NS分别为0.8,0.73和0.86,0.78,适用于丹江流域径流模拟。2000—2020年,丹江流域土地利用变化引起的径流变化为-0.18%; 情景1中,把林地、草地全变为耕地的情况下,模拟的年均径流变化率为61.65%,情景2中,把耕地和草地全转换为林地的情况下,模拟的年均径流变化率为-12.69%,情景3中,把耕地和林地全转换为草地的情况下,模拟的年均径流变化率为24.24%。耕地对径流深度的影响系数为0.26 mm/hm²,林地对径流深度的影响系数为-13.35 mm/hm²,草地对径流深的影响系数为-0.01 mm/hm²。由此得出,耕地对产流起促进作用,草地和林地对产流起抑制作用。为维护丹江流域生态环境,增强丹江流域径流供给,应科学开发耕地资源。     

板桥河小流域防护林体系生态效益研究

对板桥河小流域 12年的定位观测表明 :(1)由于防护林体系的初步建成 ,与“七五”相比 ,“九五”期间小流域平均径流量增加了 11.3% ,输沙模数下降了 6 9.6 % ,最大洪峰径流量减少了 3.7% ;(2 )防护林主要林分“九五”的土壤侵蚀模数比“七五”均有明显的减小 ,其中幼林地的土壤侵蚀量减少了 2 3.8%～ 45 .5 % ;(3)针阔混交林在 10年中 ,树干径流增加了 0 .19% ,林冠截留率增加了 4.8% ,地表径流率减少了 1.15 %。11～ 3月的地下径流量有所增加 ;(4 ) 10年来 ,防护林各林分的土壤肥力和物理性状都得到较好的发展 ,养分元素含量普遍提高 ,物理性质明显改善     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

基于SWAT模型的大宁河流域非点源污染空间特性研究

以三峡库区大宁河流域为研究区域,应用SWAT模型进行了流域农业非点源污染负荷的模拟计算。利用巫溪水文站2000-2004年的实测日径流和泥沙数据进行了模型的率定与验证。验证结果表明,SWAT模型适用于大宁河流域。利用验证后的模型分析了大宁河流域2003年的非点源污染空间分布特征,结果发现,大宁河流域西部地区是土壤侵蚀发生相对严重的地区,有机氮产小的地区和高泥沙量产出的地区大致相同。总体上,大宁河流域非点源污染的产生量西部高于东部,南部高于北部,中部地区最小。针对SWAT模型的空间分析结果提出了该区非点源污染的防治措施。     

基于SWAT模型的赤水河流域径流年内分配特征及其对降水的响应研究

[目的]研究赤水河流域径流年内分配的非均匀性变化特征及其对降水的响应情况,为流域水资源的开发利用及防洪治涝等研究提供决策依据。[方法]以赤水河流域中上游为研究区,构建SWAT模型相关数据库并对流域径流进行模拟。以实测逐月径流数据对模型进行率定验证。基于模型输出结果,结合降水/径流集中度和集中期,分析流域径流年内分配特征及其对降水的响应情况。[结果]两个水文站率定期决定系数(R²)与纳什效率系数(Ens)均在0.83以上,验证期R²与Ens均在0.69以上,满足精度要求;流域降水和径流年内分配不均匀性显著,二者变化趋势较为一致,主要集中在6—8月;径流集中度的时空分布受降水集中度影响显著,由于入渗和蒸散作用的影响,前者通常大于后者,但当降水集中度较低时(PCD<0.3),径流集中度不再完全以降水集中度为主导;由于流域径流对降水变化的响应存在滞后性,径流集中期往往大于降水集中期,短期较小幅度的降水量增加对降水集中期影响显著,而对径流集中期影响有限。[结论]降水是引起赤水河流域径流集中度/集中期变化的主导因素,而在不同降水量条件下径流系数的变...     

SWAT模型最佳子流域划分方案研究——以云南洱海流域为例

应用SWAT模型(Soil and Water Assessment Tool),以区域气候复杂的云南省洱海流域为例,研究不同子流域划分数量对径流和泥沙负荷模拟结果的影响,以明确洱海流域合理的子流域划分方案。结果表明,随着子流域划分数量的增加,年均径流深增加但敏感性较小,相对偏差仅0.89%;年均泥沙负荷减少而敏感性较大,相对偏差达21.21%。经综合权衡年均径流和泥沙负荷对子流域划分响应的敏感性,提出洱海流域合理的子流域划分临界值为137个,相应子流域平均面积占流域总面积的0.73%。在大于该临界值的划分水平下,模拟的年均径流深和泥沙负荷趋于稳定,但对进一步提高模拟精度无明显效果。研究结果对其它地形地貌复杂的流域水文模拟和非点源污染模拟具有重要借鉴意义。     

小流域生态修复过程中不同森林植被土壤入渗与贮水特征

在山东省邹城市刘庄小流域水土保持生态修复区内,对9种森林植被类型的土壤入渗和土壤贮水特征进行了研究。结果表明：①各种森林植被都具有明显的改良土壤水文物理性质、提高土壤入渗和贮水能力的作用,混交林的土壤入渗和贮水能力明显大于单纯林,单纯林的土壤饱和贮水量和土壤稳定入渗率分别比荒草坡地高33％和142％,而混交林的分别比荒草坡地高54％和358％。②各种森林植被对土壤(非毛管)滞留贮水功能的改善程度大于对土壤(毛管)吸持贮水功能的改善,混交林的土壤(毛管)最大吸持贮水量比荒草坡地高37％,而平均土壤(非毛管)最大滞留贮水量比荒草坡地高89％。③霍顿(Horton)入渗模型和通用经验入渗模型都能较好地反映研究地区各种森林植被的土壤入渗过程,但菲刑浦(Philip)模型对入渗过程的拟合效果较差。