基于SWAT模型的亚流域划分方法研究

以阿什河流域为研究区,在不同亚流域划分水平的情景下,应用SWAT模型模拟流域内径流、泥沙和营养物,分析了亚流域划分数量对其模拟结果的影响。结果表明,阿什河流域存在一个亚流域划分水平,当超过此划分水平时,亚流域数量的变化对产流量和产沙量几乎没有影响;径流与总氮对亚流域划分数量的敏感性相对较低,而泥沙与总磷的敏感性相对较高;在最粗略和最精细的亚流域划分之间,径流、泥沙、TN与TP的相对误差分别为24.75%、138.93%、31.34%和175%。综合年均径流、泥沙负荷和营养物对亚流域划分响应的敏感性,阿什河流域合理的亚流域划分水平为36个左右。研究结果为阿什河流域及相似地形地貌流域的水文模拟和非点源污染模拟提供了理论参考,具有一定的现实意义。     

SWAT模型在我国的发展历程及其在寒地应用展望

SAWT模型是目前世界范围内广泛用于复杂流域水资源与水环境研究的优选模型。自21世纪初引入我国后,该模型取得了飞速发展与应用,研究区域涵盖水系发达、污染集中、水资源问题严峻的全国大部分地区,但在西部高原(山)和北方高纬度寒冷地区的应用相对较少。基础资料匮乏,降水年度内分布不均和独特的积融雪过程是限制该模型在当地发展的主要障碍。通过对模型在我国的发展历程和应用现状的回顾、总结与综合分析,结合寒冷地区的气候与水文特征,深入剖析SWAT模型的特征模块及算法功能,探讨其在该地区的应用前景与展望,以期为我国寒冷地区流域水文过程模拟和非点源污染控制系统研究提供一个新思路,为丰富全国流域水资源综合管理和水环境系统防治工作提供参考。     

基于SWAT模型的阿什河流域径流模拟适用性研究

以阿什河流域为研究区,在GIS技术支持下,应用SWAT模型进行了流域径流模拟。利用SWAT-CUP,采用阿城水文站1996年—2005年连续10年的实测月均径流数据对模型进行了校准;采用2006年—2010年连续5年的实测月均径流数据对模型的适用性进行了验证。采用相对误差(RE)、决定系数(R2)以及Nash-Sutcliffe效率系数(ENS)作为模型适用性的评价系数,验证期RE、R2及ENS分别为22.14%、0.91和0.86。结果表明,SWAT模型对流域长期连续径流模拟具有较好的适用性,具有一定的推广意义。     

基于DEM的入库洪水预报模型研究及系统开发

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型,在此基础上对流域空间进行离散化,划分出产汇流计算子单元并计算各子单元面积权重。将构建好的数字高程流域水系模型与集总式流域水文模型-新安江模型相耦合,建立了基于数字高程模型的数字水文模型。采用客户服务器方式将该理论模型实现为水文预报计算机软件系统,并将该系统应用于全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区-淮河史灌河流域,对流域内梅山水库与鲇鱼山水库进行入库洪水预报实例研究。结果表明:构建的数字水文模型可以很好地模拟水库入库洪水过程,满足实时洪水预报精度的要求。这对充分利用现有空间技术和空间数据进行降雨-径流模拟并改进水文预报方法提供了研究途径。     

北方小城镇流域水污染的模拟研究

利用基于物理机制的分布式水文模型SWAT,根据选取的北方小城镇所获得的实测水文和环境数据进行了参数率定和模型验证,并对污染产出量与降雨量的关系及河流污染的来源进行了分析,得出了一些有益的结论。     

RCP8.5情景下流域景观水文与泥沙 动态连通变化研究

在气候变化背景下,水文连通是风景园林学学科中 景观水文研究的热点和重点之一。目前的景观水文连通研究 多基于静态地表,而忽略地表演化过程,尤其是河底泥沙动态 变化。在总结现有水文连通研究的基础上,结合气候预测模 型、水动力地表景观演变模型及景观连通指数研究方法,以英 国赛文河凯尔苏斯流域为研究区,采用UKCP18气候模型预 测RCP8.5情景下未来10年间(2021—2030年)日降雨量, 运用凯撒二维水动力地表景观演变模型(CAESAR-Lisflood) 模拟10年连续河流演化及淹没模式变化,基于景观连通指数 评价流域景观水文的动态连通变化。结果表明：泥沙变化对淹 没模式和水文连通性产生影响,未来10年间整体连接度(IIC)与 可能连通性(PC)变低,雨季水文IIC与PC变化幅度较大,旱季 平稳。凯尔苏斯流域洪泛区域比河道的沉积作用更明显,流域 总沉积量是侵蚀量的4.6倍。泥沙输移作用使得淹没面积减少 0.25km2 、流域总水量减少40%,水文IIC与PC降低     

风景园林信息模型与水文水动力模型的耦合及应用

以山东省潍坊市高新区东部东瀑沙河、西瀑沙河和东浞河为研究对象,利用风景园林信息模型(Landscape Information Modeling,LIM)对三个流域进行数字流域模型构建并开展水文水动力数值模拟,探究流域水系空间特征和水文时空变化.模拟结果应用于该区域的景观规划,以应对该流域常年无稳定径流,河道汇水流域水...     

基于GIS构建SWMM城市排水管网模型

基于地理信息系统(GIS)对SWMM城市排水管网模型进行快速构建,并在澳门某小区进行了应用和案例分析.结果表明,该方法简便快速,可准确提取排水管网的空间结构和属性数据,模拟结果与监测数据达到较好的拟合,为模型的进一步深入应用奠定了基础,对其他分布式水文模型的空间结构和属性数据的获取也有一定的借鉴意义.     

流域视角下生态保护分析技术体系研究

流域内各生态要素以水为媒介,形成一个彼此高度关联的复杂系统。要对其进行全面分析并科学保护,需要系统构建技术体系并合理引入各类模型工具和数据。文章综合其他学科相对成熟的理论和技术,提出流域视角下国土空间规划中生态保护分析的技术体系,包括流域划定、基础模拟、专项分析3个主要步骤,其中流域划定要点在于选择合理的水文响应单元,并进行人工/自然区分及耦合地下水流域;基础模拟的目的在于对流域内大气(降水、气温和大气辐射)模型和陆面(植物截留、生态系统蒸散和土壤下渗)模型进行统一模拟并双向耦合,以形成一致的地表径流结果用于后续专项分析;专项分析则根据国土空间规划生态保护的实际内容,具体可分为灾害防护、安全保障、生态多样性保护3个大类和6个中类,每类分析中的模型工具、数据均存在各自的适用领域和特性,需要仔细对比甄别。     

浅层排水系统面源污染SWAT模拟及控制效能对比

为了全面了解美国中部Illinois州具有浅层排水系统的轮作农业地区面源污染问题,利用Arc GIS和Arc SWAT等地理信息系统和面源污染模拟模型,对Little Vermillion River流域的地表径流水质进行了模拟,同时对各污染控制措施的控制效果进行了模拟对比。结果表明,过滤带对面源污染的控制效果要优于湿地,其对硝酸盐的去除率可达到10%左右,而对无机磷的去除率更是达到了80%左右,其对污染物的去除率与其设置面积有关;过滤带与湿地联用的净化效果较两者单独应用时要高,能够去除36.30%的总氮和93.04%的总磷。     

非点源污染最佳管理措施及模拟优化研究进展

最佳管理措施(BMPs)是非点源污染控制和管理的重要途径,现已成功应用于多个国家和地区,而我国对BMPs的研究尚处于起步阶段。采用模型方法实现区域及流域尺度BMPs的有效实施是目前发展的必然趋势,而对单项BMP的结构、处理效果、影响因素及所需费用等的研究是BMPs模拟和优化的基础。从单项BMP的技术发展和BMPs的模拟、优化方法研究两个方面对BMPs的研究进展进行系统分析和评价:①选取滞留式、生物式、渗透式和过滤式4种类型BMPs中的典型代表性措施进行分析和评价;②从模拟预测模型、优化算法和集成技术3个方面系统分析和介绍相关的模型进展。上述研究认为,我国目前应广泛开展BMPs的基本信息研究和数据积累,在此基础上加大对模型方法的研究和应用,提高决策效率,以实现流域尺度BMPs的有效实施及非点源污染的有效控制。     

TMDL管理模式用于农村小流域水环境治理

为了改善巢湖水质,选取巢湖流域典型农村小流域——石茨河流域作为研究对象,在对该流域进行水文和水污染分析的基础上,构建HSPF流域模型对其负荷和水质进行计算,根据确立的污染分配原则对负荷进行削减,以满足考核断面水质达标要求,并计算得到石茨河流域最大日负荷总量(TMDL),同时提出流域水质管理建议。结果表明,石茨河干流各水质指标(COD、NH₃-N与TP)均超出考核标准(地表水Ⅲ类标准);流域污染源中点源除明确排口管控外,还需重点关注镇区难以收集的散排点源,面源需重点关注集镇、村庄、工业用地与稻田等地块单元。经计算,在满足石茨河考核断面水质达到地表水Ⅲ类标准时,COD、NH₃-N与TP允许排放的污染物量分别为1 196.31、30.25、2.43 kg/d;同时,从空间和时间角度提出分区和分阶段管理模式,以实现水质稳定达标。     

雨洪最佳管理措施决策支持系统(BMPDSS)介绍

介绍了雨洪管理与控制现状,指明有必要在国内进行最佳管理措施决策支持系统(BMPDSS)的推广与应用。BMPDSS是由美国环境保护署(USEPA)和马里兰州乔治王子郡联合开发的适用于小尺度场地或大尺度流域层面的决策支持系统,不仅支持流域水文/水质模拟与分析,还能够对多种最佳管理措施(BMP)进行类型确定、选址、实施效果模拟及优化布局,最终提供最经济、有效的雨洪管理与控制方案。详细阐述了BMPDSS的功能模块、模拟原理,以及Tetra Tech对BMPDSS进行的改进,并将其与其他常用水文模型与评估工具进行比较,指出BMPDSS存在的不足并提出改进建议,以期对国内雨洪管理与控制措施的设计、评估与规划管理提供借鉴性意义。     

黄土高原水土流失型非点源污染过程模拟研究进展

黄土高原严重的水土流失造成了土壤氮磷流失,不仅降低了化肥的利用率,而且对水环境造成了潜在威胁。从黄土高原区水土与养分流失的典型性入手,剖析和总结了黄土高原区基本概况、水文过程、土壤侵蚀、水土流失型非点源污染过程模拟及防控策略等的研究进展。针对目前黄土高原区尤其是黄土丘陵沟壑区非点源污染研究较少,提出了未来黄土高原地区非点源污染的研究方向与建议:黄土区非点源污染物流失机理,非点源污染负荷估算方法,流域水、沙、污染物耦合模型以及3S技术与流域非点源污染防控决策耦合应用等。     

重庆市盘溪河流域典型降雨过程TSS污染负荷模拟

随着城市化进程的加速,城市面源污染问题日益突出。作为污染治理的重要依据,城市面源污染负荷估算及来源解析受到广泛重视。针对重庆市盘溪河流域,建立了典型降雨过程的面源污染负荷模型,计算了降雨径流过程中TSS浓度,并对盘溪河流域的各子流域面源负荷产生量进行了计算。结果表明:建立的模型可以较好地模拟降雨产汇污过程,尤其是对降雨初期的冲刷过程模拟精度较高。在列举的两次降雨事件中,均存在明显的初始冲刷效应,在前30%的径流中,两次降雨冲刷累积的TSS量分别达到90%和75%。单位面积上的TSS冲刷量可以更好地描述子流域的污染水平,进而为流域面源污染治理提供科学依据。     

基于GSFLOW的地下水-地表水耦合模拟与分析

地下水-地表水耦合模型GSFLOW研究地下水-地表水相互转化关系、分析不同水文参数对于流域水资源影响提供理论和技术支撑。本文在介绍GSFLOW模型的结构、计算过程、应用范围等基础上,分析了气温、降水以及不同数量的水文响应单元(HRU)对GSFLOW模型模拟结果的影响。研究结果表明:水文响应单元划分尺度的不同影响GSFLOW模型的精度,当HRU数量增加时,GSFLOW模型对降水变化的响应更加剧烈,模拟结果变动幅度加大。气温升高、降水减少比气温降低、降水增加对模拟结果的影响更大,而降水比气温对模拟结果的影响程度更为明显。GSFLOW模型能较好地模拟复杂地下水与地表水的相互作用过程,是一种值得推广应用的地下水-地表水耦合模型。     

基于SUSTAIN的小区LID对径流污染控制效果评价

应用SUSTAIN软件,以嘉兴市晴湾佳苑居民小区A、B期为研究对象,针对开发前、建成未实施LID和建成实施LID三种情景,进行雨水径流量和主要污染物模拟,以评估LID对径流污染的控制能力。结果表明,与建成未实施LID措施情景相比,建成实施LID措施情景可以削减39.7%的年径流量和35.6%的峰值流量,对TN、TP、COD和TSS污染负荷的削减率分别可以达到51.7%、55.3%、52.2%和58.7%,是最具成本—效益的方案之一。提出了SUSTAIN在我国应用的建模方法,然而因其基础数据需求量大、数据精度要求高、参数众多且操作过程较为复杂,推广实用性受到一定限制,因此亟需建立并开放我国高精度土地利用、土壤水文、监测断面水量水质和LID成本数据库。     

青海湖流域生态环境信息集成平台设计与实现

针对青海湖流域内多源异构、多部门管理的监测数据难以快速高效、综合应用等问题。以各观测站调查数据以及流域草地、土壤、水体、湖泊等生态环境中关键要素的定量反演、同化数据为基础,通过XML技术,集成并建立完整的青海湖流域生态环境数据库。在生态环境数据库的基础上,构建集成与分析应用系统,并在数据分析应用子系统中嵌入四个生态环境信息模型,研制青海湖流域生态环境信息集成平台,为政府部门和行业应用提供快速响应和可视化的决策支持平台。     

基于GIS和SWMM的精细化水文表征方法

SWMM是模拟城市降雨径流响应的动态模型，其汇水区的空间元素细分方式和水文表征直接影响模拟结果。为此，提出了基于GIS对汇水区的土地利用进行精细化分类的方法，并将下垫面信息通过物理水文定义，反馈、模拟到SWMM的汇水区水文表征和低影响开发（LID）模块描述中，直接影响水文汇流过程。与常规水文构建方法相比，精细化模型中增加的缓冲渗透区可以接收来自间接不透水区的径流，更符合实际径流走向，提高了模型精度。在相同降雨重现期下，精细化模型模拟得到的径流总量、径流峰值和溢流总量均比常规模型要小。同时，该方法可以更合理地模拟LID措施的水文作用，可为LID措施提供因地制宜的布设空间和比例。     

流域水文模型综述

主要对流域水文模型的定义进行阐述,并且介绍了流域水文模型的基本结构,从而进一步根据不同划分依据对流域水文模型进行分类。最后对于流域水文学进行多个方面的展望。