SWAT模型的原理、结构及其应用研

SWAT模型是一个具有很强的物理机制的长时段的流域分布式水文模型,它集成了地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,能够模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移和转化过程。介绍了SWAT模型的基本原理和基本结构,分析了该模型在国内外实例中的应用情况,并结合我国的实际指出该模型应用中存在的问题与不足。     

SWAT水文模型在灌区水文和物质模拟中的研究进展

SWAT模型是当前世界广泛被使用的流域分布式水文模型,主要在大尺度上对流域不同的水文物理化学过程进行模拟。近年来,随着灌区水文过程的深入研究,SWAT模型逐渐由单一的流域水文模拟扩展到灌区水文、农业非点源污染的模拟,然而在灌区模拟的过程中存在一系列问题。系统地介绍了SWAT模型的特点,并对国内外学者应用SWAT模型在灌区水文、污染物模拟中的改进,与其他模型联合应用,灌区非点源污染等方面进行了总结和评述,并对SWAT模型在灌区模拟中仍然存在的问题进行了分析和总结,探讨了SWAT模型在平原型灌区的应用前景并进行了展望。     

SWAT模型及其在灌区管理中的应用

SWAT模型是一个具有物理基础的分布式水文生态评价模型，可长时间、连续模拟和预测复杂的流域在不同土壤类型、不同土地利用和管理条件下，流域内水分、泥沙和农业化学物质的流失量。介绍了SWAT的发展历程、建模原理、模块功能及其在灌区水资源管理、土地利用管理评价、非点源污染管理等方面的应用前景。     

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。     

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.     

基于SWAT模型的金华江上游土地利用变化对径流影响的研究

流域内土地利用变化对水文循环有着重要影响.本文通过在金华江上游建立SWAT模型,模拟了不同土地利用情景下流域径流的变化特点,结果表明:SWAT模型模拟精度高,其中验证期Ens=0.85,R2=0.85,Re=0.07,可以模拟及分析流域水文对土地利用变化的响应;在该流域内,林地有减少径流量的作用而草地和耕地相反;保护耕地使流域内农业产量增加但也使径流量增加,且增加量集中在雨季.     

典型岩溶流域土地利用变化的水文响应

为了研究土地利用方式变化在典型岩溶流域产生的水文响应,构建了倒天河流域的SWAT模型,利用该模型探讨了不同土地利用情景下流域流量的变化规律和子流域产水量的变化规律及其调蓄能力分析,结果表明:参数率定后的SWAT模型在模拟倒天河流域月流量过程中表现良好,模型适用于该研究区;草地转为耕地会导致流域流量增加,调蓄能力减弱;林地向耕地、草地向耕地转化易改变子流域产水量,草地向林地的转化不易改变子流域产水量;林地向耕地、草地向耕地、草地向林地的土地利用转化均会导致子流域调蓄能力变弱,草地向耕地的转化对调蓄能力的改变尤为显著。研究成果对减轻岩溶区旱涝灾害,防治石漠化有重大意义。     

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。     

气候与土地覆被变化下的水文响应模拟——以太行山八一水库流域为例

太行山区是华北平原的重要水源地,但近年来山区来水的逐渐减少已成为该地区水资源缺乏的重要原因之一。利用分布式水文模型SWAT,根据野外实际调查及室内实验获得了模型所需的水文地质参数,通过模型校准和验证,建立了太行山八一水库流域的水文模型,Nash-Sutteclife模型效率系数等评价结果显示,SWAT模型在该流域具有很好的适用性。结合该区历史气候与土地覆被变化趋势,分别假定了25种气候情景和4种土地覆被情景,模拟结果表明,气温降低和降水增加的情景下,流域的径流量明显增加,并且随着土地覆被的好转,径流量逐渐减少,蒸发量增加。从水文角度探查了太行山区径流变化的原因。     

流域平均山坡长度的提取及其在SW

流域山坡长度是指流域内山坡的山顶和山脚之间沿最陡坡向的水平距离，流域平均山坡长度是整个流域内山坡长度的平均值，它们是描述流域地形地貌特征的基本地理参数，广泛应用在分布式水文模型和水土流失模型中。人工确定流域的山坡长度非常费时并会因不同用户的主观思维而不同，然而它的取值对于分布式水文模型能否准确地模拟流域的水文过程十分重要。探讨了两种从DEM模型中提取此参数的方法，并以宜昌黄柏河流域为例，就其在分布式水文模型SWAT中的应用及其敏感性进行了研究。     

流域平均山坡长度的提取及其在SWAT模型中的应用

流域山坡长度是指流域内山坡的山顶和山脚之间沿最陡坡向的水平距离，流域平均山坡长度是整个流域内山坡长度的平均值，它们是描述流域地形地貌特征的基本地理参数，广泛应用在分布式水文模型和水土流失模型中。人工确定流域的山坡长度非常费时并会因不同用户的主观思维而不同，然而它的取值对于分布式水文模型能否准确地模拟流域的水文过程十分重要。探讨了两种从DEM模型中提取此参数的方法，并以宜昌黄柏河流域为例，就其在分布式水文模型SWAT中的应用及其敏感性进行了研究。     

基于SWAT模型的沂蒙山水土流失治理区地表水与地下水转化规律研究

为研究沂蒙山水土流失治理区,气候及植被覆盖变化影响下,水资源转化规律,以蒙阴县岸堤水库控制流域为研究对象,采用归一化植被指数(NDVI)为指标,分析植被覆盖的时空变化规律,采用分布式水文模型SWAT研究流域水文要素的时空演变规律,定量分析地表水与地下水转化量.计算结果表明:2000-2016年,流域NDVI呈增大趋势,...     

基于DEM栅格的分布式BTOPMC模型在水文模拟中的应用

应用一个基于DEM栅格的分布式水文模型BTOPMC(Block-wise use of TOPMODEL)模型进行水文模拟研究.该模型结合IGBP全球陆面土壤覆盖与FAO全球数字土壤组成信息,以栅格为计算单元,进行产流计算;汇流采用Muskingum-Cunge法.为了探讨模型的应用范围,将BTOPMC模型与新安江模型应用于湿润流域与半干旱半湿润流域的水文日径流过程模拟,并采用SCE-UA算法进行模型参数优化.结果表明2个模型均能很好地模拟湿润流域日径流过程,在半干旱半湿润流域BTOPMC模型的模拟效果较差,模型的产流机制需要进一步的完善,以扩大模型的应用范围.     

SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究

利用改进的SWAT模型多水源灌溉模块,将水资源配置模型的农业灌溉用水展布到改进后的SWAT模型中,实现二模型的松散式耦合。以天津为例,对SWAT模型进行参数调整和验证后,由耦合模型计算天津13个区(县)8种代表作物在水资源合理配置结果下的灌溉水量和相应的ET。耦合模型中的SWAT模型的灌溉水量接近配置模型结果,且ET的时空分布比较合理,耦合模型模拟精度较常规SWAT模型大幅提高,这种分布式水文模型与配置模型的耦合为流域水资源管理提供了一种新的途径。     

基于SWAT模型的西江流域径流模拟研究

采用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,在整个珠江流域构建分布式水文模型,对西江流域1951~2008年的月径流过程进行模拟。选取西江流域的迁江、柳州、武宣3个水文站的径流数据,利用SWAT模型自带的敏感性分析模块和自动率定模块,采用LH-OAT敏感性分析方法和SCE-UA算法分别对选取的各参数进行敏感性分析和参数率定,并对率定模型进行验证。敏感性分析结果表明,不同的参数对流域月径流过程表现出不同程度的敏感度,其中CN2、ESCO、SOL_AWC、CH_K2和ALPHA_BF的敏感度较高,是较敏感因子。从率定和验证结果来看,3个水文站的径流模拟效果均较好,Nash-Suttcliffe效率系数ENS均在0.75以上,其中柳州站和武宣站率定期和验证期的ENS在0.8以上。SWAT分布式水文模型在西江流域月径流模拟中的应用效果良好。     

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。     

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。     

基于SWAT模型的流域特征自动提取

流域特征获得是进行流域水文特性分析的主要前提之一。本文以牛栏江流域上游河段的德泽水库为例,采用DEM作为基础数据在SWAT模型的环境下实现流域河网及边界的自动提取。结果表明:在牛栏江流域上游河段利用SWAT模型提取的流域河网与实际地形图上绘制的河网基本吻合,根据河网共划分45个小流域,提取的流域集水面积与实际集水面积相对误差2%,由此说明利用该方法提取牛栏江流域上游段河网及边界的可行性。     

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。     

基于SUFI-2参数最适置信区间的参数优化方法结果对比分析

研究水文模型参数置信区间对于径流模拟的影响,对SWAT模型校准应用具有重要意义.将麻城市举水河流域作为研究区域,选取1953-2006年(1995-1996年为预热期,1997-2000年为率定期,2001-2004年为验证期)的月径流实测资料,并采用SUFI-2方法识别出敏感性参数的置信区间进行模拟,比较参数置信区间...