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。     

基于SWAT模型的三水河流域径流模拟

以三水河流域作为研究区,基于GIS构建流域的SWAT分布式水文模型,建立流域模型的空间数据库和属性数据库,对影响模拟径流结果的几个重要参数进行敏感性分析,并应用1980 1986年的水文气象数据进行参数率定,应用1987-1990年的实测数据进行模型验证.通过对月径流模拟值和实测值的比较,校准期和验证期的相对误差、判定系数和ENS系数分别为-18％、0.73、0.71和12％、0.76、0.72.基于这些评价指标可知SWAT模型在三水河流域径流模拟中有良好的可靠性和适用性,可以作为该流域水资源综合管理的支撑模型之一.     

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。     

CMADS与传统气象站数据驱动下的SWAT模型模拟效果评价——以苦水河流域为例

为探究传统气象站数据和中国大气同化数据集(CMADS)驱动下的SWAT模型在气象站稀缺的干旱流域径流模拟效果,分别利用上述两种气象数据驱动宁夏苦水河流域SWAT模型,并以水文站实测月径流资料对模型进行了参数率定及验证。结果表明:率定期(2008-2012年)CMADS和常规气象数据支撑下的模型纳什系数分别为0.846和0.642,决定系数分别为0.741和0.597;验证期(2013-2016年)模型纳什系数分别为0.816和0.619,决定系数分别为0.752和0.628,即CMADS驱动的模拟精度高于传统气象站数据的模拟精度,CMADS可为缺少气象数据的区域建立SWAT模型提供数据支撑和精度保证。     

土地利用变化对雅砻江流域水文极值的影响研究

气候变化和人类活动是影响流域水文循环和水资源调配的两个主要驱动因素。雅砻江流域为我国重要的水电基地,其规划总装机容量达3 000万kW,量化分析土地利用/覆被变化(LUCC)对水文极值的影响对于雅砻江流域梯级水库群防洪调度和确保流域防洪安全具有重要的理论价值和现实意义。首先建立了雅砻江流域日尺度SWAT模型,然后采用CLUE-S模型模拟了城镇化发展情景下的土地利用空间分布,并在现状土地利用基础上进行退耕还林操作,进而模拟了3种土地利用情景(基准期、城镇化情景及退耕还林情景)下的日径流序列,结果表明:建立的SWAT模型能较好模拟和重现雅砻江流域基准期水文极值,模型率定期和验证期的Nash-Sutcliffe系数、确定性系数均在0.70以上,除洼里站的验证期外PBIAS的绝对值小于10%,模拟精度较高。城镇化土地利用情景下,城镇面积占比由0.12%增加到0.37%,耕地和未利用地面积占比略有减少;雅江站、麦地龙站及洼里站的日最大流量整体上增加,增幅依次为4.6%、3.4%及2.3%,增幅从上游至下游逐步减小。退耕还林土地利用情景下,耕地面积占比由5.43%降至2.85%,林地和草地面积占比相应增加;雅江站、麦地龙站及洼里站的日最大流量略有减少,但减少幅度十分有限,洼里站减少幅度最大,也仅为-1.2%。     

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北大核心CSCD

【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。     

天山西部山区土地利用变化预测

为更好地研究土地利用动态变化,利用1990年、2000年和2010年三期土地利用数据,运用马尔科夫模型分析了1990-2000年和2000-2010年的天山西部山区土地利用变化格局,基于2000年的土地利用数据和1990-2000年的转换规则,利用CA-Markov模型预测研究区2010年的土地利用情况,将2010年实际土地利用情况和模拟的情况进行对比,得出Kappa指数的值是0.956 6,模型符合预测精度;故基于2010年的土地利用数据和2000-2010年的转换规则,利用CA-Markov模型预测出研究区2020年的土地利用情况。得出如下结论:1经过对比2010年土地利用实际值与模拟值后发现CA-Markov模型在预测方面精度较高且在研究区具有一定的适用性;22010-2020年间,随着城市化的发展、水利工程的建设及退耕还草,使得草地和水域的利用面积有所增加,而耕地、林地、未利用土地和城市、工矿、居民用地的面积有所减少,草地依然是土地利用的主要构成。     

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。     

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。     

降雨输入不确定性对SWAT模型径流模拟的影响研究

降雨输入是水文模型不确定性的主要来源之一,开展降雨输入不确定性对分布式水文模拟影响的相关研究具有重要意义。基于SWAT分布式水文模型,将最邻近法、泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法引入子流域的面雨量计算,模拟淮河流域息县水文站1985-2000年的径流系列,并在改变站网密度及空间分布的条件下进一步研究了不同降雨输入模式对径流模拟精度的影响。结果表明:总体而言,四种插值方法的径流模拟精度较高,说明SWAT模型在息县流域具有较好的适用性;在息县流域现有雨量站数目下,距离平方倒数法的整体模拟效果最佳;当雨量站密度变化时,最邻近法的模拟精度更加稳定,说明在雨量资料不充足的地区该方法可能更具有优势。     

龙岗河流域SWAT模型构建及与WebGIS平台耦合研究

通过对龙岗河流域进行现场调研和资料收集,获取SWAT流域水文模型所需输入数据,利用空间分析计算划分子流域边界,使用降雨、气温等气象输入条件驱动算例模拟。在服务器后端搭建流域数据库,通过发布GIS服务提供GIS资源,在浏览器前端进行Web GIS平台开发。编译SWAT模型源文件生成执行文件,通过PHP进行输入文件及参数修改、模型运行计算和结果提取传输,实现SWAT模型和Web GIS平台之间的耦合,增强模型输入条件和模拟结果的展示效果。     

子流域划分在时间尺度上对年径流、泥沙及营养物的影响——以漳河上游流域为例

以漳河上游流域为研究对象,采用SWAT模型定量化研究子流域划分方案对模型模拟结果的影响,得到以下结论:子流域划分层次对模拟结果的影响存在上限下限两个阈值25、111,子流域划分数量对年均径流量影响较小,对泥沙和营养物影响较大;在枯水年,平水年和丰水年,模拟结果对子流域划分数量的敏感性不一致,丰水年最敏感,枯水年最不敏感;综合考虑模拟精度和模拟效率,漳河上游流域SWAT模拟的最合理子流域划分水平为79个,CSA值为12 411 hm~2,占整个流域面积的0.7%。以上研究成果,对准确模拟该地区的水沙情况奠定一定基础,可为该地区水资源水环境的进一步研究提供技术支撑。     

基于CA-Markov模型的渭河中下游干流土地利用变化模拟及预测北大核心

识别和预测土地利用时空格局演变规律对科学推进区域生态保护和国土资源空间规划的合理开展具有重要意义。以渭河中下游干流为研究区,利用转移矩阵、土地利用动态度以及土地利用程度指数为评价因子,分析1980-2020年土地利用变化,采用基于多评价准则(MCE)的元胞自动机和马尔科夫(CA-Markov)模型模拟自然发展情景、生态保护情景和统筹发展情景下2030年土地利用演变特征。结果表明:1980-2020年渭河中下游干流耕地面积占比最大为52%左右,其次是林地和草地,建设用地面积呈持续增长趋势。多年综合土地利用动态度为0.66%,建设用地面积变化最快,并以耕地转化为建设用地为主。基于CA-Markov模型模拟了2015年和2020年土地利用变化情况,模拟的土地利用空间格局发展态势与实际较一致,模拟的3种情景下2030年建设用地面积在自然发展情景下增幅最大,生态保护情景下林地面积增加了53.83 km~2;统筹发展情景下各土地利用类型变化较小。在3种情景下,渭河中下游干流2030年土地利用结构仍然以耕地、林地、草地为主,建设用地面积均呈不同增幅的增加趋势,统筹发展情景下的预测结果更符合国土空间规划要求和经济社会发展的需求。     

基于SWAT模型的山区冰雪融水河流的日径流模拟研究

针对冰雪融水河流的产流与汇流特点,基于SWAT模型能量平衡计算原理,充分考虑地形、辐射、风、下垫面及冻土等因素对融雪的影响,研究了山区冰雪融水河流的日径流,基于遥感数据与地理信息数据得到的积雪信息,以及玛纳斯河流域1980—1995年气象、径流等实测数据,建立了适合山区融雪河流的SWAT分布式流域水文模型,并模拟了玛纳斯河流域出山口处肯斯瓦特水文站的日径流,模拟相对误差为17%、Nash Sutcliffe效率系数为0.73,模拟结果合理可靠,为研究冰雪融水河流的径流模拟提供了有效的途径。     

SWAT模型参数自动校准方法对比及适用性研究——以泾河中上游地区为例

应用SWAT 2012模拟泾河中上游流域的月径流量,并结合SWAT-CUP中的Parasol、SUFI-2、GLUE和PSO等4种参数优化算法对模型参数校准,并进行对比及适用性分析。结果表明:4种算法均能满足模拟精度要求,月径流模拟纳什系数(NS)和决定系数(R2)均在0.6以上,且GLUE和SUFI-2算法参数优化后模型模拟精度更高。GLUE算法优化后模型在校准期NS和R2分别为0.84和0.76,验证期为0.85和0.78;SUFI-2算法优化后模型在校准期NS和R2分别为0.81和0.67,验证期为0.86和0.70。如果条件允许,GLUE算法更适合较复杂的流域;SUFI-2算法可以缩短优化时间,但精度略低,因此更适合径流变化情况相对简单的流域。Parasol算法和PSO算法模拟历时长,精度较低,不适用于本流域参数优化,但PSO算法对于双峰径流模拟效果较好,较适用于有春汛出现的地区。     

通辽平原区近35年地下水埋深及土地利用变化响应关系研究

地下水资源已日益成为半干旱地区维持生态系统的重要因素,了解土地利用/覆被变化(LUCC)及其对地下水埋深的影响,将有助于管理典型农牧交错带的土地和地下水资源。基于通辽平原区的1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年及2015年地下水埋深和土地利用类型遥感数据,分析研究区地下水埋深与土地利用类型变化响应关系。研究发现,通辽平原区1980-1995年期间,耕地和建筑用地面积分别增加14.90%和22.77%,而草地面积相应减少13.36%,农田开垦和城镇化进程明显; 1995-2015年期间,研究区耕地和草地面积无明显变幅,该时期变化最大的为水域,面积减少了约19.93%,干旱趋势加剧。与此同时,研究区地下水埋深值呈显著增加趋势,在区域中部形成两个地下水超采区,平均地下水埋深值由1980年的2.39 m增加至2015年的6.23 m。区域土地利用类型与地下水的时空变化关系较为明显,土地利用类型是地下水埋深变化的重要驱动力之一,研究区耕地扩张和城镇工业经济发展对地下水埋深影响显著。     

SWAT分布式模型在新兴江流域径流模拟中的应用研究

分布式水文模型是研究变化条件下流域水资源演变规律的有效工具。本文以新兴江流域为研究区域,整合流域下垫面信息与气象数据,基于GIS平台构建了SWAT分布式水文模型。选用腰古站1990-2003年历史月径流资料,对模型进行参数敏感性分析与率定,验证模型在流域的适用性,在此基础上,运用增量情景法,分析气候变化对流域径流产生的影响。结果表明:模型率定期与验证期的总径流相对误差均在±10%以内,Nash-Sutcliffe系数均在0.90以上,总体模拟效果十分理想;降水与气温的变化给流域径流带来不同程度的影响,径流量对降水变化的响应比气温更加敏感。通过径流模拟,SWAT模型可以为变化环境下新兴江流域的水资源规划与管理工作提供有效的参考依据。     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

二元驱动下泾河流域蓝绿水变化归因分析

泾河流域地处黄土高原中部,是中国农牧业文明的发祥地之一,研究该流域的蓝绿水变化规律对黄土高原地区的水资源分配和水循环利用提供了重要思路,为最终实现“黄河流域生态保护和高质量发展”总体目标提供保障。基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型和SUFI-2算法,首先分析泾河流域典型年份下蓝绿水资源量空间分布差异,其次采取情景设置法,分别固定气候要素和土地利用要素来设置情景,从而定量分析气候变化、土地利用变化等2种驱动因子对泾河流域蓝绿水变化的影响。模拟结果表明：(1)采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法确定典型年份：1997年为枯水年、2010年为平水年、2003年为丰水年。(2)丰水年的蓝绿水量最为丰富：丰水年的蓝水量是枯水年的5.4倍、平水年的1.8倍;绿水量是枯水年的1.4倍、平水年的1.1倍;枯水年的绿水系数最高,丰水年的绿水系数最低。(3)用Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法和累积距平法3种方法对1979-2019年张家山水文站径流进行突变分析,结果表明1996年是张家山水文站径流的突变年份。(4)1979-2019年,土地利用变化对泾...