SWAT模型及SUFI-2算法在秃尾河上游流域径流模拟中的应用

通过构建处于干旱和半干旱地区的秃尾河流域(上游)的水文、气象、土地利用土壤等数据库,利用基于分布式的SWAT模型对该流域的水文过程和产流机制进行模拟,并通过改进的SUFI-2算法对模型参数进行不确定分析、率定和验证,探讨SWAT模型在于旱和半干旱流域的适应性.采用1977-1983年的月径流实测数据进行模型率定,用1984-1989年的月径流数据进行模型验证.验证结果表明:该研究流域年径流相关系数(R2)和模型效应系数(Ens)均小于0.6(通常认为当模拟结果期望值大于0.6时,模型能比较准确地描述了研究流域的水文过程);月径流相关系数和模型效应系数超过或者接近0.6的水平;汛期(5-10月)模型径流相关系数和效应系数最高(超过或接近0.8).研究表明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好地模拟研究流域的汛期径流,而对全年径流和枯水期的径流模拟不够理想.     

基于SWAT的内蒙古西柳沟孔兑径流模拟研究

使用SWAT模型对内蒙古十大孔兑之一的西柳沟流域进行了径流模拟,并使用SWAT-CUP结合SUFI-2算法进行了参数敏感性分析、参数率定、模型验证.研究结果表明:率定期和验证期线性拟合系数R2,Nash-Sutcliffe效率系数分别均超过了0.6和0.5,说明SWAT模型在西柳沟流域具有一定的适用性.比较模拟径流和实测径流的水文过程线,发现模拟径流在夏汛时期模拟效果较好,春汛及其他降雨较少的月份模拟效果较差,原因可能是西柳沟流域处于干旱半干旱地区,降雨时空分布不均且其流量较小,除汛期外,其它月份流量都小于1m3/s.为更好地模拟该流域的径流,SWAT模型仍有待改进.     

基于SWAT模型的开都河流域径流模拟

在遥感和GIS技术支持下,应用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式模型对开都河流域1988-2009年逐月径流进行模拟。结果表明:模拟结果与实测径流较吻合,校准期(1990-2000年)效率系数为0.58,平均相对误差为-5.7%,线性拟合度为0.8,验证期(2000-2009年)的结果与校准期接近,均达到了模型的评价标准,结果具有一定的可信度,SWAT模型适用于开都河流域的径流模拟;季节性融雪是研究区径流形成的重要组成,结合研究区的特性,确定了研究区的各项积雪/融雪参数,提高了冬春季节径流模拟的准确性。     

黑河流域出山径流模拟

国际水文科学协会已提出针对干旱半干旱区的"无资料地区的水文预测"项目。水已成为制约西北干旱半干旱区社会经济发展和生活改善的主要因素。预测全球变化和人类活动下的水循环过程和水资源变化格局是重要的。文中以黑河上游为研究区,应用IHACRES模型模拟黑河上游降水-径流过程。结果表明:IHACRES模型可以较好地模拟研究区的日出山径流量;率定期确定性系数达0.766,验证期确定性系数为0.71;确定黑河上游地区的基流指数为0.539;黑河上游经莺落峡水文站向中游输送水量为14.9亿m3,其中地表径流与基流分别占46.1%和53.9%;模型模拟受流域面积大及降雪等因素影响,使模拟精度降低;最后指出IHACRES模型适合缺乏资料地区水文模拟的研究。     

基于SWAT模型的山区日径流模拟在玛纳斯河流域的应用

针对玛纳斯河流域山区水资源对径流的显著影响,建立适合于该流域的SWAT分布式流域水文模型。结果表明,采用1980-1995年数据模拟,验证了玛纳斯河流域控制性站(肯斯瓦特水文站)的日径流的模拟过程基本上反映了实际情况。模拟相对误差RE为17%、Nash Sutcliffe效率系数Ens为0.73,为新疆山区河流建立分布式流域水文模型提供了参考。     

基于SWAT模型的内蒙古闪电河流域径流模拟研究

以内蒙古闪电河流域为研究对象,采用分布式水文模型SWAT对闪电河流域水文过程进行模拟,模型采用1962～1975年月径流资料进行参数率定,将1986-2001年作为模型的检验期对模型的适用性进行评估。结果表明:实测与模拟的逐月流量总体较为接近,率定期和验证期的Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.60,实测与模拟的月流量之间的相关系数在0.65以上,率定期的多年平均相对误差小于5%。由于人类活动的影响,验证期的模拟误差相对较大,超过12%。总体来看,SWAT模型参数经多次率定之后,能够较好地模拟干旱半干旱地区的径流过程,在同类地区具有一定的适用性。模拟过程中,对于降水量突然增大的月份,SWAT模型对月径流量的模拟结果往往超过实测值一倍,直接导致整个模拟过程的误差偏大。然而,模拟值与降水量在年内分配上却表现出很好的相关性,降水偏大的月份径流量敏感性大。同时,SWAT模型模拟径流结果受参数影响很大,调整融雪参数值,模拟精度在原有基础上相对提高。     

计算CN值及其在黄土高原典型流域降雨-径流模拟中的应用

针对SCS模型推广应用中存在的下垫面及气候不匹配造成的精度受限问题,基于SCS模型机制,反推得到CN值计算式。根据黄土高原小流域水保观测资料就不同土地利用类型对应的计算CN值进行率定,并在径流场和流域尺度进行还原验证,效果良好,表明计算CN值是一种值得推广和借鉴的水文计算模式,有助于提升SCS模型应用于黄土高原小流域降雨-径流模拟的精度。     

基于GPD模型的黑河出山径流极值变化分析

以黑河出山径流为研究对象, 利用黑河上游1944-2010年67 a的实测月均径流资料, 采用广义Pareto分布模型（GPD模型）, 对黑河未来出山月均径流的变化进行了预测。结果表明：运用超阈值的观测资料建模的GPD模型, 能够达到信息量使用的最大化, 对黑河极值变化的预测精度较高; 黑河出山径流重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极大值分别为219.8 m³•s^-1、235.3 m³•s^-1、 249.5m³•s^-1和257.4 m³•s^-1; 重现期为25 a、50 a、100 a和150 a的月均径流量极小值分别为9.0 m³•s^-1、8.8 m³•s^-1、8.6 m³•s^-1和8.5 m³•s^-1;在当前“暖湿”的气候背景下, 黑河出山径流变化不大。     

径流曲线数模型(SCS-CN)参数λ在黄土丘陵区的率定

径流曲线敷模型(SCS-CN)用来计算降雨形成的地表径流量,参数λ是模型中的重要参数之一.本文在对径流曲线数模型参λ敏感性分析的基础上,应用黄土丘陵区径流场62场实测降雨资料对参数λ与地表坡度关系进行了定量分析.结果表明,曲线教模型所描述的参数λ=0.2适合于黄土丘陵缓坡地,参数λ随着坡度的增大而减小;同时用实测降雨资料进行标定模型验证,得出径流量的预测值与实测值接近,其效率系数E=0.94,与直接运用模型计算径流量比较,效率系数有较显著提高.     

基于SWMM模型的西安市清河流域暴雨洪峰流量模拟

为探讨暴雨洪水管理模型（storm water management model,SWMM）在暴雨条件下对山区流域洪峰流量模拟的适用性,以西安市清河流域为例,在SWMM模型中分别构建了传统的集总模式和以DEM、流域水系为子流域划分依据的半分布模式。通过2016年几次典型降雨洪峰流量验证两种模式的可靠性,结果表明：集总模式与实测拟合程度较好,相对误差为6%,确定性系数为0.871。为了进一步检验集总模式的适用性,从径流过程角度去模拟,结果也令人满意,两场降雨的相对误差均为11%,两场降雨的确定性系数和纳什系数均高于0.8,表明有较好的模拟效果。由此说明,基于SWMM模型构建的集总水文模式适合于清河流域的径流模拟。最后,模拟了不同重现期下流域的径流过程。流量峰值出现在降雨开始后约1.5 h,10年一遇以下重现期径流变化相对稳定。该模型对当地水利部门评估极端降雨事件等方面具有一定的应用价值。     

基于CMADS气象数据集的延河流域径流量变化模拟及分析

文中对中国大气同化驱动数据集(CMADS)和传统气象站数据的降水空间分布、变化趋势和相关性进行了分析,并基于以上两种数据分别驱动SWAT水文模型,模拟延河流域的多年径流量.同时,利用甘谷驿水文站的实测径流数据进行模型参数的率定和验证,构建适合研究区域特征的分布式水文模型.结果 表明:1) CMADS和传统气象站数据的年...     

基于支持向量机的石羊河流域径流模拟适用性评价

基于VC维和结构化风险最小理论的支持向量机方法因具有较好的学习和泛化能力而在预测预报领域得到广泛的应用。文中选取当月平均降水量、上月平均降水量以及当月平均相对湿度、平均最高气温和平均最低气温五个预报因子,采用Gridsearch算法优化参数,建立了基于支持向量机的月径流预报模型,并将其应用于石羊河流域八个子流域,定量分析其适用性。结果表明:模型在率定期和验证期模拟的平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.831和0.806,相对误差分别在6%和5%以内;除个别峰值模拟较小之外,流量序列整体模拟效果较好;模型在丰水时段模拟值小于实测值,枯水时段模拟值大于实测值,在平水时段和枯水时段的模拟效果要优于丰水月份。因此,支持向量机模型在石羊河流域具有较好的适用性,可用于该流域的中长期水文预报。     

黑河流域近期气候变化对水资源的影响分析

利用典型气象站近50a的气温、降水资料,分析了黑河流域的气候变化特征。在近50a当中,黑河流域的气候发生了显著的变化:主要表现在气温的升高和降雨量的增加。升温率远远大于同期北半球的平均升温率,尤其是近几年来增温幅度之大是几十年来所罕见的;降水量的增加虽然没有气温增加那么明显,但总的趋势是增加的。在此基础上,进一步分析了黑河流域气候变化对区域水文水资源的影响,并根据气候变化的特点对气候要素与径流量变化进行了相关性分析,得出降水与径流的相关系数为0.393,气温与径流的相关系数为0.146,所以降水和气温与径流都呈现出正相关关系。最后得出结论:在过去50a里径流的总体趋势在波动中缓慢增大,未来10a径流仍将继续缓慢增大。     

诺敏河流域植被覆盖时空演变及其与径流的关系研究

基于GIMMS/NDVI数据对诺敏河流域1982-2006年间植被覆盖的时空演变特征进行了研究,并结合SCS模型模拟地表径流,在流域和像元尺度分析植被NDVI变化与径流的关系。研究表明:诺敏河流域植被NDVI值较高,但25a间整体呈下降趋势,NDVI减少的区域占总面积的82.5%,植被覆盖有所降低;NDVI空间差异明显,NDVI的高值区主要分布在中上游林区,而耕地分布较多的下游地区NDVI值相对较低。流域尺度上植被NDVI与径流不具有明显的相关性。但从像元尺度来看,植被NDVI和径流的正相关和负相关共存,流域不同空间位置的植被变化与径流的关系并不一致。     

近50a来黑河流域气候变暖对农业生产的影响

利用1960～2009年间黑河流域及其周围15个气象站点的逐月气温观测数据,运用多年趋势线法、Mann-Kendall法、小波分析等方法,对黑河流域气候变化进行了研究。结果表明:近50年来黑河流域气温总体呈增加趋势(β值为0.027℃/a),线性增长率为0.28℃/10a,相当于50年中气温升高了1.4℃,其中20世纪70～80年代气温上升缓慢,至20世纪90年代以后气温显著上升;空间分布上,年均气温变化呈现出由西向东逐渐增温的趋势,其中流域中上游东部和下游地区气温升温幅度较大,以中游民乐和下游额济纳旗最为显著;流域年均气温变化存在着10～15年左右的主振荡周期和6年左右的次振荡周期,其中以13年左右的振荡周期最强;流域年平均气温在1987年发生突变,之后进入偏暖期;同时进一步分析了气候变暖对农业生产的影响,为合理利用本地气候资源提供参考依据,使流域农业得到持续稳定的发展。     

黑河中游张掖地区近48a气候变化及径流的响应

将现代气候统计诊断与预测技术和地理信息系统(GIS)的地学统计方法中的Kriging插值结合,分析了位于黑河中游张掖地区6个气象站的近48a的气温和降水的时空变化,并且空间显示了各季节的气温和降水变化。结果表明:张掖地区6站的年均气温在3.97-8.04℃之间,变暖最快的是山丹站气温倾向率为0.47℃/10a,变暖最缓慢的是高台站气温倾向率为0.19℃/10a。年均气温最低出现在1956年,为2.5℃,最高值出现在1998年,为9.06℃;降水地域分布不均衡,地区降水差值可达200mm以上。夏季张掖地区的降水变化范围为67.11-193.30mm,冬季降水是4.69-10.48mm,表明降水季节分配不均,且冬、夏降水变化幅度大;张掖地区气温在1991年开始发生突变,气温增加趋势明显。西支流地区和整个张掖地区气温突变时间一致,东支流气温突变是在1993年和整个张掖地区相比推迟了2年。整个张掖地区包括西支流和东支流在降水的时间的变化上没有发生突变。张掖地区年水变化周期现象明显,第一主周期为15年第二主周期为7年,但年均气温变化周期现象不明显;平原地区气温不是影响径流最根本的决定因素,但对河流径流的影响是正向的。降水和径流虽然在时间上拟合,径流总体的变化趋势在减少,但径流的降幅比降水要大。