基于SWAT模型的平原河网区水文过程分布式模拟

目前普遍使用的基于SWAT(soil and water assessment tool)模型的分布式建模方法仅适用于山地、丘陵等高差较大的地区,对于具有复杂水文结构特点的平原河网区尚无有效的解决方案。该文选择太湖流域湖西区作为研究区,基于SWAT模型探索出一套完整的针对平原河网区的分布式建模方案。该方案采用概化、打断的方式将交叉、环状河网处理成单一的枝状河网,采用按河道分流比例跨子流域调水的方式来还原原始河道的传输过程,采用添加"虚拟水库"的方式来模拟人工圩区内外的水量交换。通过对太湖湖西区2008-2010年的月均径流量进行模拟验证,根据模拟值和观测值计算的荣登桥、胡家圩及宜兴3个水文站的相关系数r和纳什(Nash-Sutcliffe)系数Ens分别为0.94、0.95、0.93和0.84、0.80、0.67,说明了这种建模方法在平原河网区具有较好的适用性。     

岔巴沟流域汛期径流模拟及地表产流特征分析

气候变化是影响流域水文循环过程的重要驱动因素,近年来,气候变化导致极端降雨—径流事件的频繁发生对人类社会经济发展构成了严重的威胁。因此,迫切需要开展流域水文模拟和产流特征分析。土壤和水评估工具(SWAT)是一种具有物理机制的分布式水文模型,已被广泛用于评价变化环境下的水文过程。以黄土高原岔巴沟流域为研究区,通过利用与黄土高原地区产流模式更为接近的Green-Ampt下渗法驱动SWAT模型模拟了岔巴沟流域日尺度的水文过程,并以水文响应单元为分析对象,结合4个降雨—径流事件的地表产流量和地表径流系数分析了降雨强度和前期土壤含水量对不同土地覆被产流特征的影响。结果表明：(1)基于Green-Ampt下渗法驱动的SWAT模型率定期和验证期E_NS为0.76,0.74,R²为0.78,0.75,模型能够较好地模拟日尺度流域水文过程;(2)流域不同土地覆被下地表径流系数随最大雨强的增加呈显著上升趋势,且最大降雨强度大于16 mm/h后地表径流系数显著增加,当土地覆被为耕地时降雨转化为地表径流的比例最大,其次为草地和林地;(3)前期土壤含水量的大小可以揭示大...     

SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望

SWAT模型是近几年发展比较快的一个流域分布式水文模型,它可以对大、中尺度的流域的水文物理过程进行长时段模拟.本文介绍了SWAT模型的特点,并通过对模型在反映人类活动对流域水资源管理影响等方面研究的评述,总结了模型在自然流域水资源管理应用的优势以及在人工干扰强烈的农业灌区应用还存在的问题.进而提出了SWAT模型在灌区的水分循环、节水改造等方面的研究方向与应用前景,为灌区水资源的优化管理与节水灌溉评价提供一个新的研究手段.     

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。     

Assessing Molybdenum Adsorption onto an Industrial Soil and Iron Minerals

Spatial accuracy of hydrologic modeling inputs influences the output from hydrologic models. A pertinent question is to know the optimal level of soil sampling or how many soil samples are needed for model input, in order to improve model predictions. In this study, measured soil properties were clustered into five different configurations as inputs to the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) simulation of the Castor River watershed (11-km² area) in southern Quebec, Canada. SWAT is a process-based model that predicts the impacts of climate and land use management on water yield, sediment, and nutrient fluxes. SWAT requires geographical information system inputs such as the digital elevation model as well as soil and land use maps. Mean values of soil properties are used in soil polygons (soil series); thus, the spatial variability of these properties is neglected. The primary objective of this study was to quantify the impacts of spatial variability of soil properties on the prediction of runoff, sediment, and total phosphorus using SWAT. The spatial clustering of the measured soil properties was undertaken using the regionalized with dynamically constrained agglomerative clustering and partitioning method. Measured soil data were clustered into 5, 10, 15, 20, and 24 heterogeneous regions. Soil data from the Castor watershed which have been used in previous studies was also set up and termed “Reference”. Overall, there was no significant difference in runoff simulation across the five configurations including the reference. This may be attributable to SWAT's use of the soil conservation service curve number method in flow simulation. Therefore having high spatial resolution inputs for soil data may not necessarily improve predictions when they are used in hydrologic modeling.     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

基于多源遥感数据的艾比湖流域盐土SWAT模型参数修正

在SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟地表分量过程中,常默认土壤剖面电导率(electrical conductivity,EC)值为0或0.1,将其应用于土壤盐渍化程度较高的流域时,不符合下垫面实际情况。为确保水文模拟逼近真实地表模拟过程,进一步提高模拟精度,该文利用GF-1号卫星16 m分辨率多光谱遥感影像结合分类回归树法反演艾比湖流域区域尺度0~100 cm土壤剖面电导率,模拟值与实测值均方根最大值误差为4.81 dS/m,相对误差最大值为15.17%。模拟值用于修正EC值,结果表明:EC值修正后的SWAT模型土壤水分模拟值,较修正前模拟值精度提高23.84个百分点。该方法在实现SWAT模型参数本地化的同时,有效提高了土壤水分模拟精度,可为土壤盐渍化区域水文模拟提供参考。     

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987—2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980—2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。     

区域蒸散发分布式模拟及其遥感验证

随着遥感技术和水文模型集成技术的进步,在区域上进行蒸散发（ET）模拟和验证成为可能。为了探讨如何基于遥感监测ET进行正确的蒸散发模拟,使用1 km分辨率遥感监测ET对SWAT2000模型所模拟的漳卫南运河流域主要农业耕作区实际ET进行了率定分析,并探讨了SWAT模型农业耕作措施设置以及土壤和作物生长参数的合理取值问题。结果表明,SWAT模型模拟ET与遥感监测ET的确定性系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数ENS分别达到了0.93和0.92;土壤蒸发与作物蒸腾的比例受土壤蒸发补偿系数（ESCO）影响较大,对于冬小麦-夏玉米轮作区,ESCO取值建议在0.8～1.0之间。利用遥感监测ET数据有助于蒸散发的正确模拟,从而有效地提高水文过程的模拟精度。     

Suitability of Watershed Models to Predict Distributed Hydrologic Response in the Awramba Watershed in Lake Tana Basin

Planning effective landscape interventions is an important tool to fight against land degradation and requires knowledge on spatial distribution of runoff. The objective of this paper was to test models that predict temporal and spatial distribution of runoff. The selected models were parameter‐efficient semi‐distributed watershed model (PED‐WM), Hydrologiska Byrans Vattenbalansavdelning integrated hydrological modeling system (HBV‐IHMS), and Soil and Water Assessment Tool (SWAT). We choose 7‐km² Awramba watershed in the Lake Tana basin with detailed hydrological information for testing these models. Discharge at the outlet, rainfall, and distributed information on infiltration rates, water table, and extent of the saturated area were collected from 2013 to 2015. The maximum saturated area was 6·5% of the watershed. Infiltration rates exceeded rainfall intensities 91% of the time. Hence, saturation excess runoff was the main runoff mechanism. Models were calibrated for the rainy seasons in 2013 and 2014 and validated for 2015. For daily flow validation, the PED‐WM model (Nash–Sutcliff efficiency, NSE = 0·61) outperformed HBV‐IHMS (NSE = 0·51) and SWAT (NSE = 0·48). Performance on monthly time step was similar. Difference in model behavior depended on runoff mechanism. In PED‐WM, saturation excess is the main direct runoff process and could predict the maximum extent of the saturated area closely at 6·9%. HBV‐IHMS model runoff simulation depended on soil moisture status and evapotranspiration, and hence was able to simulate saturation excess flow but not the extent of the saturated area. SWAT, where infiltration excess is the main runoff mechanism, could only predict the monthly discharges well. This study shows that prevailing runoff mechanisms and distribution of runoff source areas should be used for proper model selection. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

SWAT径流模拟及其对流域内地形参数变化的响应研究

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—1985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,运用River Tools软件提取出各个控制点控制流域和地形参数,分析参数变化情况,并在此基础上用前面率定好的参数来模拟各个控制点处的出口流量,分析径流对地形参数变化的响应关系,并提出了归一化径流—河道总长比指数。该指数受到河源密度的影响,在流域内的变化趋于常数1。     

从幼儿到成年的流域水文模型及典型模型比较

本文将流域水文模型的发展过程分为幼儿期、少年期、成长期和成年期,并对各时期水文模型的特点、功能等进行了系统讨论.为便于突出不同发展阶段模型的特点、模块组成和计算方法,按集总式、半分布式、全分布式和模型集成系统将模型分类,对不同类型的典型模型进行了比较,其中集总式水文模型包括斯坦福(Standford)、流域水文模型IV(SWM.IV)、萨克拉门托(Sacramento)模型、水箱(Tank)模型、新安江模型、HEC-1模型、SWMM模型,半分布式模型包括HSPF模型、PRMS模型、HEC-HMS模型、TOPMODEL模型、SWAT模型,全分布式和模型集成系统包括MIKESHE、SHETRAN、IHDM、TOPKAPI、BASINS、HMS、WMS、SMS、MMS模型.鉴于水文模型在国际、国内正在成为流域水资源管理的重要工具,对模型发展及分类对比的分析,将有助干水文模型的进一步广泛应用.     

分布式水文模型的误差分析

分布式水文模型以其具有明确物理意义的参数结构和对空间分异性的全面反映,能够准确详尽地捕述和模拟流域内真实的降水径流过程而被广泛需求和关注。在模拟土地利用、土地覆盖、水土流失等各种变化过程的水文响应,面源污染、陆面过程、气候变化影响评价等诸多领域都有广泛的应用。模型的预报精度和误差至关重要．决定了模型的应用和推广。在分析分布式水文模型建立和验证过程的基础上,提出了模型的4类误差来源：被排除往外的因素引起的误差,实测历史记录资料的随机或系统误差,参数误差和模型结构误差,讨论了各类误差的分析与计算方法,为模型的发展和成长提供了依据。     

土壤侵蚀模型研究综述

 近年来,人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究,并针对不同研究对象与目的,建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上,讨论土壤侵蚀模型研究与GIS技术和BP神经网络理论结合的发展趋势,同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况,提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。     

遥感、GIS辅助下流域空间离散化方法研究

以江西兴国潋水河流域为研究区 ,设计了流域—子流域—水文响应单元的空间离散方案和实现步骤。在遥感、GIS技术支持下 ,应用了基于栅格的数字高程模型 (DEM)的流域水文建模方法 ,进行了流域河网的自动生成 ,子流域的自动划分以及流域边界生成研究 ,根据流域地形特征将整个流域分割成多个子流域。在分割出的每个子流域内部 ,通过数字土壤图和土地利用图的叠加统计分析生成单一土地利用类型和土壤类型组合的水文响应单元 ,将研究区离散成为 6 2个子流域 ,399个水文响应单元 ,实现了分布式流域建模的空间离散化 ,在这个过程中 ,研究解决了平坦区河网精确生成和流域边界的误差改正等技术难题。     

水土流失动态监测与评价研究现状与问题

美国等国家已将遥感、ＧＩＳ技术广泛应用于水土流失动态监测与预报,并开发出基于物理过程的土壤侵蚀预报模型。中国在水土流失地面观测、遥感监测方面已取得许多成果,但在区域土壤侵蚀评价、预报模型开发方面,缺少系列化观测与统计数据,已有的坡面土壤侵蚀模型等在通用性、适用性方面还存在不少问题。当前急需解决的问题是建立水土流失监测与评价指标体系,开发评价模型系统,建立国家水土保持信息系统     

HEC-HMS水文模型系统在汉江褒河流域的应用研究

基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统将成为未来水文循环过程研究的发展趋势。基于HEC-HMS水文模型系统,采用多种方案对位于汉江上游的褒河流域进行了降雨径流模拟。研究结果表明:基于DEM、遥感影像和土壤资料,并结合GIS技术推求反映流域下垫面特征的关键水文参数的方法可以与HEC-HMS水文模型系统很好地耦合。该模型对于我国湿润、半湿润山区的次洪模拟具有较好的适用性。     

东南沿海地区小流域土地利用/覆被变化的水文效应

[目的]研究我国东南沿海小流域土地利用/覆被变化的水文效应,为该区水土资源合理配置和可持续发展提供科学依据。[方法]以东南沿海福建省晋江山美水库集水区为例,运用SWAT水文模型。[结果](1)研究区土地利用变化表现为林地转向园地和建设用地、耕地转向建设用地的特征。(2)固定其他条件,将构建的模型2006年土地利用数据替换为1995年,对比分析发现2000—2010年全流域和典型子流域的年径流深增加,洪水期平均径流增加,枯水期径流基本减少。(3)从全流域空间角度看,径流量均增大,特别是研究区西部地区和东南部地区;同时径流量变率增大,稳性减小。(4)园地、林地、建设用地和水田是驱动区内水文变化的主要因子。[结论]研究区土地利用与覆被变化导致"洪水量更大,枯水量更小"的径流变化趋势。河川径流的变化受各地类变化的组合叠加效应影响,这种叠加效应还须进一步研究。     

土壤侵蚀模型研究进展

国内外土壤侵蚀模型的发展过程,可以大致划分为经验统计模型、物理过程模型与分布式模型三个阶段.就这三个阶段,介绍了国内外土壤侵蚀模型的研究成果.并将地理信息系统(GIS)在土壤侵蚀模型中的应用分为三类,一是以GIS为工具,利用GIS提取模型所需因子,然后按照模型要求利用GIS的图形运算和地图代数运算,最后得到计算结果.二是将GIS与土壤侵蚀模型作为两个不同的系统,考虑结合方法的问题.三是利用GIS开发新的模型或改善已有模型.