基于二元水循环的灌区分布式水文模型的应用研究

针对中国北方灌区的水文特点,在二元水循环理论的指导下,对自然流域水文模型SWAT进行了改进,构建了灌区分布式水文模型,改进了SWAT模型的灌溉水运动模块、稻田水分循环模块、稻田水量平衡各要素和产量模拟的计算方法,增加了渠系渗漏模拟模块等.以河南省人民胜利渠灌区为例,利用改进的SWAT模型对该灌区的水循环过程进行了模拟.为验证模型的有效性,选用Nash-Suttclife效率系数(纳西效率系数)E、线性回归系数R2来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果.结果表明:该模型适合灌区水分循环的模拟.模型的构建和改进,对分布式水文模型在高强度人类活动影响区域的水资源、水环境研究和管理起到积极的作用,为灌溉水文学提供了新的研究方法.     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

西南岩溶灌区水文特性及其模拟模型的构建

从岩溶水文和灌区水文两方面分析了西南岩溶灌区水文的特殊性和脆弱性。针对西南岩溶灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建岩溶灌区分布式水文模型。建立的岩溶灌区分布式水文模型主要添加了表层岩溶带水循环模块、岩溶地下河汇流过程,改进浅层岩溶水计算方法、稻田水分循环模块、渠系渗漏计算模块,增加塘堰的灌溉功能等,并介绍了模型的流域离散方法和水循环结构。岩溶灌区分布式水文模型的构建可为西南岩溶灌区水文特性及其对变化环境的响应等研究提供有效的工具和手段。     

改进的SWAT模型在平原灌区的应用

针对平原型灌区人工-自然复合的水文循环特点,基于SWAT模型构建了山前平原灌区分布式水文模型。考虑平原灌区灌溉渠道、排水沟和河道等人工干扰,在沟渠河网的提取方法、子流域与水文响应单元的划分以及作物耗水量计算模块等方面对SWAT模型进行了改进。以汾河灌区为例,利用灌区1996-2001年的水文、气象及用水资料对水量平衡进行了模拟分析;以模拟效率系数、相对误差和线性相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行了率定, 并对2002-2006年的径流量进行验证模拟。研究结果表明,两处监测点的模拟结果基本满足模型     

改进的SWAT模型在强人类活动地区的应用

针对中国人类活动强烈的流域水循环特点,在二元水循环理论的指导下,以SWAT分布式水文模型为基础,进行了灌溉和人工耗、用水模块的开发和改进,构建了适用于此类区域的二元水循环模型。利用改进后的模型对天津市的水循环过程进行了模拟。结果表明,改进后的模型模拟的NASH效率系数从0.62提高到0.89,相关系数从0.79提高到0.91,比改进前有明显的提高。模型的构建和改进,对分布式水文模型在高强度人类活动影响流域的水资源、水环境研究和管理将起到积极的作用。     

SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算及应用

为了准确模拟区域地下水动态变化,将地表水SWAT模型与地下水MODFLOW模型进行耦合计算。根据SWAT分布式模型的特点,以其水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型的有限差分网格(cell)作为基本交换单元,将SWAT模型计算的地下水补给量和潜水蒸发量引入MODFLOW模型的地下水补给(RCH)模块和潜水蒸发(EVT)模块中,并将其应用于徐州市张集地区的地下水模拟计算。结果表明,SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算能准确模拟和预测该地区的地下水水情及其地表水和地下水之间的相互作用。     

基于SWAT模型的五化灌区灌溉用水效率评价

南宁市五化灌区是广西典型的平原代表灌区。通过构建五化灌区SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式农业水文模型,探究其在灌区水管理措施下的水文循环规律,并对灌区尺度灌溉水均衡及水分生产率进行分析与评价。结果表明,研究区丰水年灌溉量小,枯水年灌溉量大;作物产量沿着主渠道北侧分布向北有减少趋势;该区域降水融雪对土壤水分的补给占主导作用;灌溉水分生产率主要表现为逐渐下降且趋于平稳,且研究区域边界的灌溉水分生产率较大,而研究区域中部的较小;作物水分生产率与总流入水分生产率随时间增长无明显变化,且两者的空间分布与作物产量空间分布相似。     

改进SWAT模型在强人类活动地区的应用

摘要：SWAT模型是一个具有较强物理机制的、长时段的流域水文模型。针对中国人类活动强烈的流域水循环特点，在二元水循环理论的指导下，以SWAT模型为基础，进行了灌溉和人工耗用水模块的开发和改进，构建了适用于此类区域的二元水循环模型。利用改进后的模型对全世界用水最为强烈的区域之一——天津市的水循环过程进行了模拟，结果表明，改进后的模型模拟的NASH效率系数从0.62提高到0.89，相关系数从0.79提高到0.91，比改进前有明显的提高。模型构建和改进的成功，对分布式水文模型在高强度人类活动影响流域的水资源水环境研究和管理将起到积极的作用。     

基于SWAT 模型的区域蒸散发模拟及遥感验证

应用分布式水文模型进行灌区用水效率多尺度评价,可为灌区节水改造提供技术支持,本文运用SCE-UA算法在大兴试验站对分布式水文模型（SWAT）中的夏玉米-冬小麦轮作作物参数进行率定,对SWAT模型中蒸散发相关参数进行了敏感性分析,综合考虑农业灌溉措施和施肥措施,将模型模拟ET与遥感监测值进行对比验证.结果表明,SWAT模型模拟ET与遥感监测ET的确定性系数和Nash效率系数分别达到了0.91和0.90,模拟精度较高;不同的土地利用形式下,蒸散发变化显著,平均误差为6.9％.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.     

一种高效的SWAT模型参数自动率定方法

对于SWAT这种复杂的分布式水文模型，参数率定是模型成功应用的难点和关键。虽然SWAT2005模型中已经有了参数自动率定模块，但其运行效率较低，对于大型流域难以推广。本文研究分析了SWAT模型和PSO算法的原理，将PSO算法引入SWAT模型中，构建了新的SWAT模型参数自动率定模块，通过在天津于蓟运河流域实例研究，发现该方法率定精度较高，收敛速度更快，运行结果稳定，整体率定效果优于模型自带的参数率定模块；如果用改进后的模块在Linux平台开展自动率定，可以使模型自动率定效率提高到当前水平的7倍，适用于大型流域或长时间系列模拟。而PSO算法作为一种通用的优化算法，可广泛用于各种水文模型的参数率定。     

SWAT模型在洮儿河地表径流模拟中的应用研究

本研究对SWAT模型的灌溉模块进行了修改,在此基础上,构建了洮儿河流域水循环模型,利用水文站实测径流资料对模型进行了率定,并分别利用综合评价指标与分时段评价指标,对模拟结果进行了评价.结果表明,SWAT模型对丰水年的模拟效果相当好,平水年的模拟效果次之,枯水年的模拟结果不太理想,但考虑研究区的实际情况,整体模拟结果还是令人满意的.     

一种高效的SWAT模型参数自动率定方法

本文分析了SWAT模型和PSO算法的原理,将PSO算法引入SWAT模型中,构建了新的SWAT模型参数自动率定模块,通过在天津蓟运河流域实例研究,发现该方法率定精度较高,收敛速度快,运行结果稳定,整体率定效果优于模型自带的参数率定模块。如果用改进后的模块在Linux平台开展自动率定,可以使模型自动率定效率提高到当前水平的7倍,适用于大型流域或长时间系列模拟。而PSO算法作为一种通用的优化算法,可广泛用于各种水文模型的参数率定。     

Improving Water Reuse in Paddy Field Districts with Cascaded On-farm Ponds using Hydrologic Model Simulations

On-Farm Ponds (OFPs) are an important irrigation facility in rice-based irrigation systems. An OFP water reuse system in paddy field districts is composed of upstream commanded paddy fields, irrigation and drainage ditches, cascaded OFPs and downstream irrigated paddy fields. This study assesses the performance of an OFP water reuse system and explores potential water management strategies to enhance return flow reuse for rice production. A cascaded model including a modified two-tank module and a pond water balance module is developed to describe hydrologic characteristics of the water reuse system. Model calibration and validation show that the measured and simulated data are in a good agreement and the proposed model can be used to hydrologic analyses of OFP water reuse systems. The water reuse system has high water reuse efficiency as the return flow regulated by OFPs was reused several times from the upstream to downstream of the paddy fields. Return flow and actual reuse water increase with the maximum ponded depth of paddy fields. As the water level in a drainage ditch decreases, the available return flow increases and local water shortage can be alleviated. The supply-and-demand gap between seasons becomes more harmonized when the regulated water level in pond increases, resulting in a decrease in water shortage. The reuse of return flow is a quick-response water supply solution to meet the rice water demand during peak demand periods.     

基于水循环的分布式水资源调配模型开发与应用

自以水循环为基础的水资源动态配置模式提出以来,一批基于耦合分布式水文模型的水资源配置模型被先后提出,但其采用的耦合方法往往忽视了经济社会用水过程与天然水文过程之间的动态反馈作用.本文通过改进SWAT模型,并嵌合水资源配置模块,开发了基于水循环的分布式水资源调配模型(Water resources allocation ...     

基于缺水率模型的蓄水型水田灌区旱情预报

频发的干旱灾害制约着我国社会经济的发展,其中农业干旱灾害的危害尤为明显。以江西省莲花县楼梯蹬水库灌区、罗卜冲水库灌区、河江水库灌区这3个以蓄水型水源为主的水田灌区为研究对象,在考虑水利工程对农业干旱影响的基础上,通过实地调查走访、理论联系实践的方式建立了各灌区的缺水率模型,以预报其农业旱情。结果表明,分析得出的水利用系数与实地调查结果基本吻合;且经对比计算,缺水率模型比连续无雨日数更适合评估水田灌区干旱程度,说明该模型可运用于以蓄水水源为主的水田灌区农业旱情的预测。     

Groundwater Modeling Under Variable Operating Conditions Using SWAT,MODFLOW and MT3DMS: a Catchment Scale Approach to Water Resources Management

This paper presents an integrated modeling approach by linking soil and water application tool (SWAT), modular finite difference groundwater flow (MODFLOW) and modular 3-dimensional multi-species transport (MT3DMS) models capable of predicting a groundwater system response, in terms of flow and salt concentrations, to current and future development conditions. SWAT, a semi-distributed hydrologic model, estimates the spatio-temporal distribution of groundwater recharge rates. These rates are then input to MODFLOW using an interface module developed that maps the HRU-based spatial resolution of SWAT outflows into the cell-based spatial structure of inputs to MODFLOW and MT3DMS. The integrated SWAT-MODFLOW-MT3DMS model is used in modeling Dehloran aquifer system located in the arid western region of Iran, experiencing changes in land-use, irrigation system and pumping locations and loads. The results illustrate the significance of the developed integrated modeling tool in quantifying the impact of changes in land and surface water resources on its subsurface water system.     

SWAT和WetSpa Extension在罗玉沟流域的应用比较

近年来,运用水文模型来研究流域水文状况越来越普遍,本文以黄土高原丘陵沟壑区第三副区的典型小流域为例,基于SWAT和WetSpa Extension两个模型,从模型的输入数据、模型的参数和模型模拟结果等方面进行比较,以期为该区水沙模拟选择合适水文模型并为将来模型性能的改进提供参考。连续15年的校准验证表明:两个模型都能得到较好的结果,而SWAT模型能应用于水文及泥沙等模拟过程,相对来说功能更全面;WetSpa Extension模型目前仅能提供水文模拟的模块,优点在于模拟时间步长较任意,可进行洪水模拟。