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。     

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。     

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...     

大凌河流域分布式水文模型的构建与运用研究

文中以大凌河大城子水文站以上流域作为研究流域,运用分布式水文模型SWAT模型,基于研究区遥感数据,并结合地理信息软件解译流域下垫面地理信息,获取SWAT模型的地理数据输入,选用大城子水文站2001-2010年日流量资料对模型进行了参数的率定和校验,并实现了研究流域径流深空间分布,基于构建的分布式水文模型,通过设定3种土地利用模式情景,定量分析不同土地利用模式情景对流域径流深的影响。研究结果表明:遥感数据可作为分布式水文模型SWAT模型的地理参数的输入,模型模拟精度可达到规范要求。     

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.     

分布式水文模型在短期水文预报中应用的可行性探讨

针对目前基于物理机制的分布式水文模型在短期水文预报业务中尚未推广应用的事实,论证了分布式水文模型在短期水文预报中的可行性.以第二类分布式水文模型SWAT为例,分析了水文过程的模拟原理、方法和基本步骤,提出了其在短期水文预报中应用所需的降水预报技术、降水数据的空间展布技术、“3S”技术、流域坡面离散技术、对人工侧支水循环的处理技术等关键技术,并指出了分布式水文模型应用于短期水文预报时存在输入资料不足、模型自身缺陷、计算精度和效率的权衡等局限性和不足,提出需要进一步加强水循环过程的机理研究,加强与气象模型的耦合研究及对“3S”技术的应用研究.     

基于SWAT模型的干旱绿洲灌区径流模拟研究

为研究干旱绿洲灌区的径流变化规律,采用1955—2017年的中国大气同化数据集(CMADS)、传统水文气象站数据、土地利用数据、土壤数据、数字高程数据,构建了基于SWAT的焉耆盆地分布式水文模型。并应用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法分析参数的敏感性,使用SWAT-CUP(SWAT Calibration Uncertainty Procedures)软件对影响径流模拟结果的几个重要参数进率定,利用1991—2017年的实测径流量进行模型验证。结果表明:新疆焉耆盆地长时间尺度下径流的模拟值与实测值吻合良好,模型率定期和验证期的纳什系数NES均在0.82以上,皮尔逊相关系数R~2分别为0.86和0.90,相对误差■小于10,由此表明该SWAT模型在焉耆盆地的适应性良好。基于此,模拟了RCP4.5和RCP8.5情景下焉耆盆地从现状年到2100年的径流变化,结果表明开都河流域的降水量变化对焉耆盆地的径流量影响显著,即在降水量增加20%,温度升高2℃时,径流量较现状年增加了26.53%。     

郑州市贾鲁河流域分布式水文模型研究

以郑州市贾鲁河流域为研究区,在地理信息系统技术支持下,基于DEM、土地利用、土壤、气象、用水排水数据、农业管理措施等资料构建了SWAT分布式水文模型,经参数率定和模型验证,结果表明模型在研究区有较好的适应性。为研究流域水循环演变规律和实施最严格的水资源管理制度提供了技术支撑。     

基于分布式水文模型SWAT的流域径流模拟

SWAT模型是一个集遥感、地理信息系统和数字高程模型技术的基于水文过程的物理性的分布式水文模型。为了进一步研究流域尺度内水文过程的时空变化规律,该文选取太湖流域,运用SWAT模型中的自带水文模块SCS模型对该流域2003年的月径流量进行模拟,采用Nash-Suttcliffe效率系数(NS)法评价模型的模拟精度,在此基础上模拟计算2003年和2004年的月径流量,并以模拟结果作为模型的输入,得出流域径流的空间分布,为流域的水资源管理提供依据。     

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.     

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。     

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。