基于SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅰ.模型构建的原理与方法

针对中国南方丘陵水稻灌区水文特点,在对自然流域水文模型SWAT改进的基础上,构建了灌区分布式水文模型,改进了SWAT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,改变了陆面水文过程的计算结构,增加了渠系渗漏模拟模块及其对地下水的补给作用、塘堰的灌溉模块等。以湖北省漳河灌区内的一个闭合小流域为例,对构建的灌区分布式水文模型进行校正和验证,模拟结果显示,该模型适合于水稻灌区水分循环的模拟。     

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.     

基于分布式水文模型SWAT的非点源关键源区识别

农业非点源污染是水体富营养化的重要原因,识别流域内非点源流失的关键源区并加以重点控制是流域非点源污染治理的重要手段。该文为通过SWAT模型模拟流域内土壤以及氮、磷侵蚀量的预测和估算,以其结果作为侵蚀模数方程的输入,运用GIS软件ARC/INFO的Grid模块进行图形运算,实现对流域营养物质流侵蚀强度的分等定级,再通过简单几何概率模型的计算,标识出小流域营养物质侵蚀的关键源区。结果表明:总氮、总磷侵蚀具有各自的关键源区,但是也存在部分重叠的区域,对这些重要的地区,有针对性地实施和加强控制措施,减少非点源污染向水体释放,使得非点源污染的治理手段的操作性更强。     

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。     

分布式水文模型在水资源管理中的应用

水资源管理是目前世界水环境的主要问题，是痧资源可持续发展的关键，而水模型则是水资源管理的依据，本根据国外水模型资料，从农业灌溉，水土流失、土地利用等几个方面介绍了目前水平资源管理模型的应用现状及其发展的限制因素，分布式水模型是今后水资源管理模型的发展方向。     

基于栅格的分布式水文模型应用研究

基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。笔者在DEM的基础上,GIS软件的支持下,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对半干旱地区三关口流域和典型湿润地区呈村流域进行洪水模拟。由于模型采用的是超渗产流模式,适用于半干旱半湿润地区,因此在半干旱地区的三关口流域模拟效果较好;而对于典型湿润地区的呈村流域,产流机制为蓄满产流,模拟的洪峰流量及洪量较实测数据偏小。     

基于分布式水文模型的水功能区设计流量研究

通过建立流域分布式水文模型，并实现对于枯水期流量的有效模拟，结合水功能区设计流量核算规则，提出了基于分布式水文模型的水功能区设计流量计算方法。将此方法应用于松花江流域，对流域内300个水功能区的设计流量进行了计算，并考虑取用水、下垫面和调水工程等因素的影响，对流域在2020年和2030年水循环情景下水功能区设计流量的变化情况进行了计算和分析。结果显示，在未来情景下流域内水功能区设计流量整体呈下降趋势。以松花江干流上设计流量下降幅度较大的扶余站和哈尔滨站所在水功能区为重点研究对象，提出为上游丰满水库设置230m3/s最小下泄流量的优化解决方案。     

分布式水文模型研究进展

文章阐述了分布式水文模型的特点及国内外研究进展,通过分析地理信息系统（GIS）和遥感（Rs）在流域模拟中的应用,指出建立基于GIS、RS的耦合水文模型是未来的发展趋势。     

基于GIS的分布式流域水文模型

分布式流域水文模型比较客观地描述实际水文过程,但需要强大的数据库支持。这一特点为地理信息系统(G IS)在分布式流域水文模型的研究与应用提供了可能,反过来又推动水文模型的发展。目前,基于G IS的分布式流域水文模型的研究已成为水文学研究的热点。本文总结了分布式流域水文模型的优越性,综述了G IS在分布式流域水文模型中的应用及二者集成方式研究与应用的进展,讨论了当前研究中存在的问题,指出了今后的研究方向。     

DEM在分布式水文模型中的应用

分布式水文模型是当前国内外水文学研究的热门课题,由于其考虑了流域的地理时空差异对流域水文过程的影响,因此使得DEM为分布式水文模型的开发提供了技术平台,该文着重对DEM在分布式水文模型中的应用做简要介绍。     

基于分布式水文模型水文还原的地表水资源评价

针对传统水文还原方法无法解决因下垫面变化而引起的径流量资料系列变异等问题,分析了分布式水文模型用于水文还原的可行性.SWAT在天津市水文还原中的应用结果表明,将分布式水文模型用于水文还原分析,可有效解决下垫面的变化及人类取用水过程对水文循环的影响.     

分布式水文模型研究进展综述

简述分布式水文模型的优势和发展情况,归纳模型应用主要于降水——径流模拟,非点源污染,水资源开发利用等方面,并介绍各方面的应用方法,总结了常见的分布式水文模型,重点分析了SWAT模型,SHE模型,提出了模型未来发展需完善理论水平,提高技术支撑能力。     

SWAT模型及其应用进展研究

在众多的水文模型中,SWAT是20世纪90年代发展起来的且在国内外应用较好的具有物理机制的分布式水文模型。本文简要介绍了SWAT模型的发展过程,较为详细地说明了模型的结构特点,并针对基础数据库,阐述了所需要的数据参数资料的来源和基本作用。随后分析了该模型在国内外应用实例中的可靠性、存在的问题和对模型应用中的改进,最后根据我国的特点,总结了该模型应用中的限制因素以及改进方向,建议加强我国土壤植被等基础数据库建设,改进模型部分计算方法,提高模型在我国应用的可靠性。     

SWAT模型在三川河流域的应用

利用黄河中游干旱半干旱区三川河流域20世纪80年代的降雨径流资料.构建了三川河流域的分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment T001),并对三川河流域的月平均流量过程进行了模拟,分析了月径流量的变化特征.模拟结果表明,月平均流量较实测的结果偏大,模型率定期和验证期的Nash-Sutticliffe效率系数分别为0.711和0.725.虽然Nash-Sutticliffe效率系数基本符合精度要求,但是模型中一些参数已经达到模型设置的临界值,进一步分析得出,由于流域上雨量站的数据不够,以及中国与美国土壤、土地利用数据库编码的差异.使得模型模拟结果受到影响,并且三川河流域自70年代以来水土保持措施蓄水效益较为显著,在一定程度上使得径流量减少.使得模拟结果偏大.     

山美水库集水区植被恢复效应的SWAT模拟

库区流域水土流失是水库淤积的主要因素.应用基于SWAT构建的晋江东溪流域产流产沙模型,在对东溪上游山美水库集水区内的土壤侵蚀空间分布,以及不同土地利用方式的水土流失状况进行分析的基础上,模拟了库区不同植被恢复情景下的水文效应.结果表明,山美水库泥沙主要来自桃溪,研究区土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀为主,耕地的土壤侵蚀最为严重;退耕还林还草减沙效果明显.     

Impact of renewed solar dimming on streamflow generation in monsoon dominated tropical river basins

From 1950s to 1980s, various observational studies around the globe found a significant decrease in surface solar radiation (SSR), which reversed in late 1980s for most of the countries including India. SSR observations at 12 stations located across India revealed that a much stronger dimming has reappeared during the last decade (2006–2015) after a brightening during 1996–2005. In the present study, effects of renewed solar dimming on actual evapotranspiration and runoff were analyzed using a semi-distributed hydrological model, Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in 24 river basins (ranging from 1260 to 40000 km²) located in peninsular India. For these river basins, calibration (2003–2009) and validation (2010–2014) were performed using the observed daily discharge data, obtained from water resources information system (WRIS) of India, with a 3 year warm up period (2000–2002). The sequential uncertainty domain parameter fitting algorithm (SUFI-2) of SWAT-CUP (calibration and uncertainty program) was used with modified Nash–Sutcliffe efficiency (MNS) as the objective function to calibrate 13 model parameters, which can potentially affect streamflow. In nearly all the river basins, the p- and r-factor of 95 percentage prediction uncertainty (PPU) were more than 0.7 and less than 1, respectively. At daily timescale, MNS values were more than 0.5 in most of the river basins, reaching up to 0.66 and 0.71 during calibration and validation periods, respectively. Calibrated model was used to analyze the water balance of these river basins and different sets of experiments (with observed SSR trends) were performed to find SSR impacts on it. The model was simulated with and without the observed declines in SSR trends. The average change in SSR (in terms of evaporation equivalent) was −267.93 ± 100.92 mm/day/year (−5.62 ± 2.12%) with maximum reaching up to −417.12 mm/day/year (−8.99%). Due to this SSR change, actual evaporation was reduced resulting in 18.97 ± 9.78 mm/day/year (4.13 ± 2.50%) change in percolation. The percolation changes were higher for river basins having areas covered by forests and cropland/woodland, and having loam and sandy-clay soils. The increase in runoff generated was 6.90 ± 3.42 mm/day/year (2.14 ± 1.58%) with a maximum of 15.25 mm/day/year (7.56%) whereas corresponding increase in streamflow was found to be 9.93 ± 5.27 mm/day/year(4.21 ± 2.38%) with a maximum of 26.71 mm/day/year (11.86 %). The study reveals that the recent observed SSR changes are significant enough to have resulted in increased streamflow in the monsoon dominated tropical river basins of India.     

SWAT模型土壤数据库建立方法

从SWAT模型在中国应用的角度出发,针对模型土壤数据库与我国参数资料不一致的问题．提出了从苏联制土壤质地转化为美国土壤质地的方法,并给出了转换计算方法。应用该方法使用SPAW软件计算SWAT模型部分参数,进行了实例验证得到了理想的结果,为该模型在中国的应用提供了方便。     

不同气候情景下土地利用变化对径流 系数影响研究

本文研究了3种气候情景下流域土地利用变化对径流系数的影响;即应用SWAT ( Soil and Water Assessment Tool)模型分别对1980年、1995年和2000年的土地利用建模,然后进行了 3种气候条件和3种土地利用9种组合情景的径流模拟分析,并对相应径流系数的变化进行了对比。结果表明:土地利用变化对流域产汇流有一定的影响,且降水条件不同,土地利用对径流量和径流系数的影响亦不同,其中在比较干旱和接近正常降水条件下,径流量和径流系数对林地的减少比较敏感。     

乌伦古河流域SWAT模型基础数据库构建

以西北内陆干旱区新疆乌伦古河流域为例,构建了乌伦古河流域SWAT模型土壤属性和气象数据库。土壤数据库的构建过程为：通过查阅《新疆土种志》获得所需基础土壤数据;运用MATLAB编程转换土壤粒径;采用SPAW软件计算土壤的水分参数。气象数据库的构建过程为：在中国气象共享服务网上下载地面气象数据并整理该数据为所需格式;运用SwatWeather．exe软件计算降水、气温、露点、风速和辐射数据,从而获得SWAT模型天气发生器参数。成功构建SWAT模型基础数据库,为模型在此流域的应用奠定基础。