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SWAT的灌区分布式水文模型——Ⅱ.模型应用

以本文第Ⅰ部份提出的灌区分布式水文模型为工具,对典型灌区进行灌区小流域和区域尺度的水平衡模拟,定量分析了不同水管理措施对灌区小流域尺度水量平衡评价指标的影响,以及不同尺度间水量平衡评价指标的变化特点。结果表明：适当增加稻田最大蓄水深度可以减少出流水量损失,使更多的降雨和灌水转化为土壤水,满足水稻的蒸发蒸腾耗水;现状条件下适当减少渠道供水量不会导致水稻产量明显降低,但通过减少渠道灌溉水的投入,可以提高灌溉水分生产率;提高塘堰汇集回归水能力后,塘堰可供水量增加,此时减少渠道供水量不会导致水稻明显减产。输水、配水渠道水利用系数增减5％对灌区水量平衡评价指标没有显著的影响,说明企图通过提高渠系水利用系数来提高区域尺度灌溉水利用效率及节水的潜力有限。此外,灌溉水分生产率随尺度的增大而增加,证明尺度愈大对回归水的重复利用率愈高。     

基于分布式水文模型SWAT的临沂流域水量时空分布特征研究

为了分析上下游区域水量分布特征,以临沂流域为研究区,结合流域水量平衡分析理论,构建了临沂流域分布式水文模型SWAT,进行了临沂流域产水模拟.在此基础上,给出临沂流域上下游区域水量时空分布图,并结合临沂上下游流域经济发展及用水情况,分析了临沂流域上下游区域的水资源分布及供需状况.研究结果表明:对于半干旱区中尺度流域采用多站点多时段多要素的率定方法,能够提高SWAT模型的模拟效率;临沂流域上下游水资源均较丰富,能够满足工农业生产和人们生活需要;临沂流域水量在时空分布上极不均匀,容易发生旱涝灾害,应加强水利设施建设.     

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     

基于SWAT 模型的汾河灌区非点源污染负荷评估

近年来,由于集约化种植、畜禽养殖及农村生活污水排放等,大部分灌区出现严重的农业非点源污染,了解灌区内非点源污染程度及其产输出特征,对于保证灌区的可持续发展显得越加重要。以山西汾河灌区为研究区域,利用灌区出口义棠水文站1997—2006年水量、2004—2006年总氮TN和总磷TP实测数据,基于SWAT模型构建了汾河灌区非点源污染分布式模型。探讨了灌区农业非点源污染负荷（主要是TN 和TP）的时间分布规律,识别了非点源污染关键区,并分析了各类污染源的贡献率。结果表明：灌区TN、TP 流失大多发生在汛期（7—9月）,二者在汛期的流失量分别占全年负荷量的58.5%和76.0%;灌区自上而下,氮、磷污染有逐渐加重的趋势,灌区硝态氮浓度均小于10mg/L,可溶性磷关键区（可溶性磷浓度大于50μg/L）主要分布在汾河太原段、汾西和三坝灌区; 土壤固有养分流失、种植施肥、农村生活和畜禽养殖污水排放产生的TN 负荷分别占灌区总量的47.1%、24.3%、13.0%和15.6%,产生的TP负荷分别占58.7%,12.1%、7.6%和21.6%。     

SWAT模型在县级区域水资源管理中的应用

利用数学模型来模拟水文、泥沙、污染过程是流域管理中对特定管理措施的效果进行评估的重要工具,也是研究环境变化条件下水资源管理的重要手段。根据涉县土壤、土地利用和水利工程等区域信息,结合降水量数据,构建了县级简化的SWAT模型,对水量水质进行模拟。该模型可根据水功能区对水质的要求,模拟最佳的管理方案。既能使水质达到水功能区的要求,又可以有效地减少投入,在涉县水资源管理中得到了应用。     

SWAT模型在大尺度流域径流模拟影响因素分析——以巴拉那河上游流域为例

为了探讨SWAT模型在大尺度流域水文分析模拟的效果,以巴西巴拉那河上游流域为研究区,利用构建的流域大尺度SWAT模型,定量分析美国国家环境预报中心再分析数据(CFSR)降水再分析数据质量、子流域划分数量及模型参数对径流模拟结果的影响。结果表明,CFSR再分析数据对流域降水的空间分布估计偏差较大,导致径流模拟误差较大,模型参数经1次迭代后,确定系数(R²)值均小于0.2。随着子流域划分数量的增加,实测站点降水数据可以更准确地估计子流域面雨量,进而提高径流模拟拟合度。在子流域划分数量分别为66、781和4 111的情况下,比较模型参数经过1次迭代后的径流模拟效果发现,子流域个数为781个时,R²值相对于两种情况有明显提高。在涉及SWAT模型径流模拟的20个参数中,土壤蒸发补偿系数(ESCO)和SCS径流曲线数(CN2)是最敏感的两个参数。由分析可知,SWAT模型可以在大尺度流域径流模拟中应用,研究结果可以为大尺度流域水文模型的构建与应用提供参考。     

海城市温香灌区灌溉用水效率评价

根据海城市温香中型灌区实地调查数据,应用DEA-Tobit模型测算分析用水效率及其影响因素。结果表明,灌溉总技术、纯技术和规模效率均值为71.3%、87.6%和84.9%,DEA-Tobit模型测算的灌溉用水效率能够准确反映灌区骨干水利工程现状;灌溉用水效率与降水量呈不显著相关性,与农田面积占比、除涝面积、气温、水库库容及数量呈显著相关性。     

子流域划分对SWAT模型模拟结果的影响研究

基于分布式水文模型SWAT,选择三峡库区支流大宁河为研究区域,在不同的子流域划分数量条件下,进行流域径流、泥沙以及营养物模拟计算,进而分析子流域划分对模拟结果的影响。研究结果表明:1不同子流划分方案对SWAT模型模拟结果存在直接影响。对于所研究流域,径流、TN和TP受到的影响较小,泥沙受到的影响较大。2为体现流域的真实河网水系特征,保证模拟效果,子流域划分个数不宜过少或过多。3在不同流域,子流域划分数目对径流、泥沙和营养物的变化趋势影响不同,不可同一而论。4推荐大宁河的子流域划分个数为37~121个。     

基于模糊综合评价法的灌区灌溉用水效率分析

针对新疆博尔塔拉河上中下游三个团场灌区的用水指标、工程状况、种植结构的具体情况,通过建立模糊综合评价模型对三个灌区用水效率进行了分析评价,并将评价结果与实际情况进行对比,结果显示,该评价指标体系合理、可行.据此提出了通过控制农业用水量、科学计量及合理配水等措施提高灌区用水效率的建议.     

基于SWAT模型的盘龙江流域径流模拟

为了给日后的滇池治理和昆明市水资源保护利用提供依据,以昆明市区的盘龙江流域为研究区域,采用SWAT模型对该流域的径流进行模拟研究,通过加载流域的DEM、土地利用、土壤类型等数据到SWAT模型,选定1999—2004年为模型参数率定期,2005—2007年为模型验证期,对松华坝以上流域和以下流域分别进行模拟,并对模拟结果进行比较和评价。结果表明:松华坝以上区间流域的模拟相关系数R2在0.83以上,Ens在0.80以上;松华坝以下区域的模拟相关系数R2在0.70以上,Ens在0.58以上。即该模型对盘龙江流域具有良好的适应性,可以为盘龙江流域在不同土地利用的条件下对流域的水量、水质、泥沙进行模拟预测。     

基于SWAT模型的沙厂水库流域综合治理措施配置研究

流域综合治理是生态环境保护与修复的有效途径.以密云区沙厂水库流域为研究对象,针对流域问题诊断与治理方案需求,以监测分析和SWAT模型模拟为主要手段,完成污染源分析、污染削减总量核算及治理措施配置,为水库流域水质改善和生态修复目标提供技术支撑.     

基于SWAT模型的白洋淀流域总氮负荷模拟研究

在白洋淀水质现状评价的基础上,以营养元素总氮为指示因子,用SWAT模型分析白洋淀流域污染负荷影响因素,模拟各类污染源的贡献值及分布。结果表明,相对于环境背景值,添加面源或点源排放后,总氮负荷分别增加了64%和116%。白洋淀流域总氮多年平均面源负荷贡献率为33.8%,点源负荷贡献率为66.2%,且汛期总氮负荷量远高于非汛期。     

五化灌区水利工程建设与管理

介绍了五化灌区水利工程运行半个多世纪以来取得的成就,论述了该灌区因维修配套经费不足、运行管理体制不全、工程设施老化失修、渗漏严重导致无法发挥工程应有的效益等问题。通过深入灌区调查了解,提出了五化灌区今后规划建设的发展思路。     

基于SWAT 模型饶河流域土地利用变化对径流的影响

为了研究饶河流域土地利用的变化对径流的影响,构建饶河流域的SWAT 模型,通过输入2000、2005、2010、2015和2020 年的土地利用图和极端土地利用图对径流结果进行分析。结果表明：2000—2020 年间,占比面积大的耕地、林地和草地的面积都处于下降趋势,相反城镇用地面积的扩张最为明显;模型经率定与验证,渡峰坑和虎山水文站率定期及验证期结果R2 和ENS 均不小于0.85,相对误差|Re|均小于20%,表明该模型可用于饶河流域;比较流域总出口断面的年均径流量,表现出先下降再缓慢上升的趋势,这与耕地、草地和林地的面积转移到城镇用地有关,且土地利用的改变体现在汛期的影响比非汛期更明显。通过设置极端土地利用情景,表明耕地面积的增加对径流量是正反馈,会导致径流量的增加,而林地和草地面积的增加对径流量则是负反馈,会降低径流量。     

基于SWAT模型的北江流域生态径流调节服务评估

为评估北江流域生态径流调节效果并分析径流调节量的时空变化,基于SWAT模型,考虑气象、水文、下垫面等因素,模拟北江流域水文过程,分别计算1980、2000、2015年的植被生态系统对径流的调节量及其经济价值。结果表明:2015年土地利用情况下,生态系统对北江流域的多年平均年调节径流深为-141.2 mm,调节比例为-12.2%,调节价值量为396.2亿元;丰水期的调节径流深为枯水期1.8倍,调节比例小于枯水期,而且丰水期的调节量主要集中在前汛期。流域上游的调节径流深比下游大,2000年与2015年北江流域调节径流深空间分布基本一致,但由于植被覆盖减少、建设用地扩张,北江流域径流调节量减少0.82亿m³,调节价值量降低5.85亿元。     

基于SWAT模型的滦河流域径流模拟

应用SWAT模型对滦河流域进行了天然径流模拟,以承德、三道河子和滦县3个水文站的还原径流量对模型进行了参数率定与模型验证,基于模型模拟结果分析了下垫面变化对径流的影响。结果表明:滦县水文站率定期与验证期月径流模拟值与实测值的相关系数、确定性效率系数均在0.90以上,相对误差控制在5.00%左右,表明模型具有较高的模拟精度;与1985年相比,2000年土地利用的变化主要是林地面积减少与耕地、草地面积增加,导致径流量增加了2.91%,而年内降水量的增加则强化了下垫面变化对径流的影响程度。     

基于SWAT模型的黑河与白河流域水文模拟研究

若尔盖湿地是我国最大的泥炭沼泽地,自然资源丰富.黑河与白河是该湿地中最大的两条河流,黑河与白河流域的水文模拟研究对于了解流域内的水文变化情况具有重要意义.利用黑河若尔盖水文站和白河唐克水文站2009—2016年的实测水文数据,对黑河与白河流域进行SWAT水文模拟.结果表明:唐克站率定期的决定系数R2和纳什效率系数Ens...