SWAT在淮河上游地区径流模拟中的应用研究

为了对淮河淮滨以上流域进行径流模拟,构建了适用于该流域的分布式SWAT模型,采用泰森多边形法产生子流域的面雨量,并以径流资料对模型进行率定和验证。结果表明,采用泰森多边形法处理降雨数据的模拟精度明显高于采用代表站法的模拟精度;SWAT模型对于平水年的模拟精度优于丰水年和枯水年,但对多峰的复杂径流模拟精度不高,说明SWAT模型产、汇流模块不够精细,难以模拟复杂的径流情况。     

基于SWAT模型的浏阳河流域径流对土地利用和气候变化的协同响应

气候和土地利用同时作用于流域径流,影响着流域水资源的量和质。以浏阳河流域为例,基于SWAT模型和情景分析方法定量评估未来流域内土地利用和气候变化对径流的作用。首先采用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟浏阳河流域2020和2050年的土地利用空间格局,其次在World Clim数据库中获得未来流域内气候变化数据,最后采用SWAT模型定量评估未来不同情境下土地利用和气候变化对径流的影响。研究结果表明:未来浏阳河流域林地比例下降、城市建设用地和耕地比例增加;气候呈暖干趋势; 2020和2050年,土地利用变化时,浏阳河榔梨站模拟径流将分别减少2. 42和0. 96 m~3/s;气候变化时,榔梨站模拟径流将分别减少3. 02和1. 13 m~3;土地利用和气候变化综合影响下,榔梨站模拟径流将分别减少8. 54和4. 27 m~3/s;说明浏阳河流域径流的变化对气候响应更加敏感,土地利用和气候变化对径流的影响呈非线性协同作用。     

Effects of Land-Use and Climate Change on Hydrological Processes in the Upstream of Huai River, China

Land use/land cover and climate change can significantly alter water cycle at local and regional scales. Xixian Watershed, an important agricultural area in the upper reach of the Huaihe River, has undergone a dramatic change of cultivation style, and consequently substantial land use change, during the past three decades. A marked increase in temperature was also observed. A significant monotonic increasing trend of annual temperature was observed, while annual rainfall did not change significantly. To better support decision making and policy analysis relevant to land management under climate change, it is important to separate and quantify the effect of each factor on water availability. We used the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), a physically based distributed hydrologic model, to assess the impact of Land use and climate changes separately. The SWAT model was calibrated and validated for monthly streamflow. Nash-Sutcliff efficiency (NSE), percentage bias (PBIAS), and coefficient of determination (R ²) were 0.90, 6.3 %, and 0.91 for calibration period and 0.91, 6.9 %, and 0.911 for validation period, respectively. To assess the separate effect of land use and climate change, we simulated streamflow under four scenarios with different combinations of two-period climate data and land use maps. The joint effect of land use and climate change increased surface flow, evapotranspiration, and streamflow. Climate variability increased the surface water and stream-flow and decreased actual evapotranspiration; and land use change played a counteractive role. Climate variability played a dominant role in this watershed. The differentiated impacts of land-use/climate variabilities on hydrological processes revealed that the unapparent change in stream-flow is implicitly because the effects of climate variability on hydrological processes were offset by the effects of land use change.     

基于SWAT模型的诺敏河流域径流对土地利用/覆被变化的响应模拟研究

土地利用/覆被变化直接反映了人类活动的影响程度,对于流域水文循环过程影响显著。本文以诺敏河流域为研究区,基于1976和2000年两期土地利用数据,结合SWAT模型定量评价了径流对土地利用/覆被变化的响应。研究结果表明:SWAT模型可以较好地模拟诺敏河流域的月径流变化过程,在研究区具有一定的适用性;相对于1976年的土地利用条件,2000年土地利用变化主要表现为林地和草地面积减小,耕地面积增加。1976-2000年间诺敏河流域土地利用变化导致年均地表径流增加了17.78%,且空间差异显著,尤其是下游的莫力达瓦达斡尔族自治旗和阿荣旗等地地表径流增加趋势更为明显,增加幅度超过20 mm。模拟研究对于诺敏河流域合理规划土地利用格局具有重要意义。     

潘家口水库流域土地利用变化的水文响应分析

以潘家口水库流域为研究区域,采用SWAT分布式水文模型定量评估土地利用变化对流域径流过程的影响。相对于1980年土地利用情景,2006年土地利用变化主要表现为耕地减少,林地和草地面积增大,而水域和城镇用地变化相对较小。利用3个水文站1986年1月至1999年12月的月径流实测数据进行模型的校准和验证。在不同土地利用情景下,对流域的天然径流过程进行模拟分析,模拟结果显示,与1980年土地利用情景相比,2006年土地利用情景下的多年平均径流减少11%;对于不同典型水文年份而言,土地利用变化对枯水年的影响最大,对丰水年和平水年的影响相当;土地利用变化对年径流的影响主要表现为汛期径流减少。潘家口水库流域水资源涵养能力有所增加。模拟研究土地利用变化对潘家口水库流域径流的影响对合理规划土地利用和流域水资源的综合管理具有现实意义。     

基于数字流域的地表水资源模拟

简要讨论了数字流域的概念,基于地理信息系统、遥感和数据库技术构建了数字淮河流域。根据其中的史灌河流域下垫面数据以及水文气象等时间序列数据,利用美国农业部开发的SWAT模型软件包AVSWAT,构建了逐日的史灌河流域地表水资源评估模型。以2003年淮河水利委员会基于逐项还原法计算的史灌河流域地表水资源系列为"真值",对该模型进行率定和验证。结果表明,模型成功地模拟了该流域的地表水资源系列,可以应用于流域水资源系列的模拟计算。该模型的构建和应用表明了数字流域是现代化流域管理的有效手段,展示了数字流域广阔的应用前景。     

基于SWAT模型的延河流域月径流量模拟分析

近年来SWAT模型在我国南方湿润半湿润流域以及众多大尺度流域取得了良好的应用效果,但在水文资料缺乏、气候相对干旱的流域应用不多。以黄土高原典型流域陕西省延河流域为例,结合国内外已有的研究和GIS技术,根据延河流域现有的数据成功构建了基于SWAT的水文模型,其中1980—1985年为模型的率定期,1986—1989年为模型的验证期。通过对模型的参数进行敏感性分析以及一系列率定,最终得到结果为率定期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别是0.644和0.832;验证期的Nash-Sutcliffe效率系数NS和相关系数R²分别为0.63和0.872,均达到模型模拟的要求,表明SWAT模型基本上能够模拟延河流域月径流量水文过程,为SWAT模型在黄土高原典型流域的进一步应用提供了科学依据。     

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。本研究选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,并分析其在牧羊河适用性后,结合1986—2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明,径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据。     

基于栅格新安江模型的淮河上游土壤侵蚀预测

将栅格新安江模型与改进通用土壤侵蚀方程进行耦合,建立基于栅格尺度的水沙模拟模型,以淮河上游息县水文站以上为研究区域,基于研究流域DEM数据、土地利用数据、土壤数据以及息县站2000年-2010年水文数据,模拟了淮河上游2000年-2010年输沙过程。并基于构建的水沙模型,结合流域2020年和2030年土地利用远景规划数据设定两种土地利用模式情景,定量分析了不同土地利用模式情景对流域土壤侵蚀的影响。研究结果表明:基于栅格新安江模型的水沙耦合模型在淮河上游具有较好的模拟精度,模拟的输沙量相对误差小于15%,确定性系数0.6以上,满足泥沙模拟精度要求;林地用地面积增加5%,流域土壤侵蚀量减少8.78%,城镇用地面积增加8%,流域土壤侵蚀量减少12.73%。研究成果可为淮河水土保持治理和规划提供参考。     

遥感蒸散发数据应用对SWAT模型径流和蒸散发模拟精度的影响

为探讨遥感蒸散发数据补充研究区水文资料的能力,及其在SWAT模型应用中对径流和蒸散发模拟精度的影响。以淮河上游息县控制流域为研究区建模,并利用实测径流资料与遥感蒸散发数据(MOD16A2)设置3种参数率定情景:仅实测径流率定参数(S1)、仅遥感蒸散发率定参数(S2)、径流与蒸散发同时率定参数(S3),分析不同情景下径流与蒸散发过程的模拟效果。结果表明:从径流模拟而言,S2、S3较S1的模拟精度(NS系数)均有不同程度的降低,但S3在S2的基础上有较明显的改善;从子流域尺度上的蒸散发模拟而言,S1至S3模拟精度呈现出逐渐上升的趋势,在采用径流与蒸散发同时率定时,S3比S2情景NS系数上升的子流域个数占总数的46%。通过逐步深入探究遥感蒸散发数据在SWAT模型中的应用,以及对参数率定的影响,从而分析其对径流与蒸散发的模拟精度产生的变化,此方法也可推广到其他水文模型,在区域尺度水资源管理与利用上具有较好的参考价值。     

气候变化对北江流域径流影响的模拟研究

通过构建北江流域SWAT分布式水文模型,以北江流域13个雨量站10年逐月降水量及北江流域干流石角水文站同步逐月流量数据为输入条件进行水文模型参数率定,应用气候情景设置方法研究了北江流域在降水和气温等不同气候变化条件下径流量的变化规律。研究表明:气温变化1℃对年径流量及其年内分配的影响变化均在1%以内。降水量变化对年径流量影响十分显著,降水量变化10%对年径流量的影响变化可达到15%,而对径流年内分配的影响变化在1%以内,影响较小。随着气温下降和降水量的增加,枯季径流量占年内分配比例均有所上升,枯水期来水量提高,有利于流域城乡供水安全和生态用水安全。     

淮河流域历史覆被变化及其对水文过程的影响

以淮河流域蚌埠集水区为研究区域,利用淮河流域1700、1800和2000年3种历史覆被情景,结合陆面水文耦合模型(CLHM)定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域径流与主要覆被类型变化方式的定量关系。结果表明:CLHM模型可以较好地模拟淮河流域的流量过程,在研究区具有较好地适用性;三期覆被情景下主要覆被类型变化为林地转变为耕地或草地以及草地转变为耕地,此种变化导致流域总蒸发量减少了6.5%,流域出口研究期平均径流量增加了6.1%;极端覆被情况下,年均蒸发量由多到少依次为林地、草地和耕地;林地对流域径流过程的影响主要体现在洪峰上,相对于耕地,林地具有削减洪峰的作用;通过分析覆被类型变化与流域多年平均径流的相关关系,林地转变为草地以及林地转变为耕地是近400年来影响淮河流域水文过程及水资源分配的主要覆被变化因子。因此,合理规划土地利用格局对流域水资源高效利用具有重要意义。     

塔里木河流域第七次应急输水期间径流情势及其对河流生态的影响

基于2005年塔里木河流域8个气象台站、4个探空站及4条源流出山口和干流15处控制断面2005年的水文气象监测资料,对塔河"四源一干"2005年气象和径流情势进行分析。结果表明:塔河流域山区及平原区的气温和降水量均较常年高,天然来水量较常年增加21%,干流输水总量为56.88亿m3,输水改善了河道两侧及下游的水生态环境,但其过程中耗水量仍较大。就第7次向塔里木河下游输水对水环境和生态环境的效应进行评价。     

基于SWAT模型的北江飞来峡流域径流模拟

为满足北江飞来峡流域非点源污染负荷核算需要,利用SWAT模型对研究区1969-2011年日径流过程进行模拟。基于飞来峡流域水文、气象、地形、土地利用和土壤类型等资料构建SWAT径流模型,并运用SWAT-CUP中的SUFI-2方法对模型中的14个径流参数进行敏感性分析及参数率定,再进行径流模拟效果定量评价。结果表明:对径流过程有显著影响的参数主要为SCS径流曲线系数、主河道曼宁系数、地下水滞后系数以及地表径流滞后时间等;日径流率定期和验证期的效率系数均为0.83,相对误差分别为1.40%和0.58%,且大部分模拟数据落在不确定性区间内,模拟结果的不确定性较小,表明所构建的SWAT径流模型具有较高的精度,在北江飞来峡流域适用性良好。     

Evaluation of Using Remote Sensing Evapotranspiration Data in SWAT

This study applied a time series evapotranspiration (ET) data derived from the remote sensing to evaluate Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model calibration, which is a unique method. The SWAT hydrologic model utilized monthly stream flow data from two US Geological Survey (USGS) stations within the Big Sunflower River Watershed (BSRW) in Northwestern, Mississippi. Surface energy balance algorithm for land (SEBAL), which utilized MODerate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) to generate monthly ET time series data images were evaluated with the SWAT model. The SWAT hydrological model was calibrated and validated using monthly stream flow data with the default, flow only, ET only, and flow-ET modeling scenarios. The flow only and ET only modeling scenarios showed equally good model performances with the coefficient of determination (R²) and Nash Sutcliffe Efficiency (NSE) from 0.71 to 0.86 followed by flow-ET only scenario with the R² and NSE from 0.66 to 0.83, and default scenario with R² and NSE from 0.39 to 0.78 during model calibration and validation at Merigold and Sunflower gage stations within the watershed. The SWAT model over-predicted ET when compared with the Modis-based ET. The ET-based ET had the closest ET prediction (~8% over-prediction) as followed by flow-ET-based ET (~16%), default-based ET (~27%) and flow-based ET (~47%). The ET-based modeling scenario demonstrated consistently good model performance on streamflow and ET simulation in this study. The results of this study demonstrated use of Modis-based remote sensing data to evaluate the SWAT model streamflow and ET calibration and validation, which can be applied in watersheds with the lack of meteorological data.     

北庙水源地土地利用变化对水文要素影响的研究

选用保山市日气象观测数据和北庙水源地水库坝上径流资料,结合北庙水源地内的土地利用数据、土壤数据和DEM数据,构建其SWAT分布式水文模型,研究水源地三期不同土地利用方式变化对水文要素的影响。结果表明:在模型率定期和验证期,R2数分别为0.70和0.72,模型效率系数均大于0.55,径流模拟值与实测值相对误差在15%以内,SWAT水文模型在北庙水源地有较好的适用性。1986-2009年,北庙水源地土地利用类型以林地、耕地、草地为主;草地面积减少,耕地、未利用土地和居民用地增加是这一时期土地利用方式变化的主要特征。水源地水文要素发生相应的变化主要表现为坡面径流深、径流深和土壤侵蚀模数增加,而实际蒸散减少。     

基于ＳＷＡＴ模型的汉江流域径流模拟

为建立可靠的水文水动力耦合模型,首先探讨水文模型在汉江流域的适用效果。以汉江流域汉中水文站以上区域为研究范围,以中国大气同化数据集（ＣＭＡＤＳＶ１．０）为气象驱动,建立分布式水文模型,并以水文站实测日径流资料进行参数的率定及验证。结果表明:模拟结果与实测值吻合较好,日径流模拟在校准期（２０１０年—２０１３年）纳什效率系数和决定系数达到了０．７７和０．７８,在验证期（２０１４年—２０１７年）纳什效率系数和决定系数分别为０．７４和０．７５,表明ＳＷＡＴ模型在该地区有良好的适用性。     

基于相似流域法的SWAT模型模拟黄河中游无资料地区径流

选用黄河中游两个小流域,基于相似流域法探求分布式水文模型SWAT在黄河中游小流域无资料地区径流模拟的适用性。通过距离、流域面积相近及属性相似的方法,用已知流域率定参数移植到无资料流域进行径流模拟。选取2009-2013年的日径流与月径流进行模型率定,以效率系数(NS)和决定系数(R2)为评价指标,率定出4个模型敏感系数,并用2014-2016年的日径流与月径流进行模型验证。结果显示:率定期月径流模拟的R2为0. 76,NS为0. 70;日径流模拟的R2为0. 70,NS为0. 64;验证期月径流模拟的R2为0. 82,NS为0. 74;日径流模拟的R2为0. 78,NS为0. 68。说明基于相似流域法的SWAT模型对于无资料的小流域月径流量模拟具有很好的适用性。     

基于FLUS模型的流域土地利用变化预测及水文响应评估

模拟未来不同发展情景下流域土地利用变化,评估其对流域水文的影响,对流域的土地利用优化和水安全起着重要的指导作用.通过分析2000—2018年汨罗江流域土地利用变化趋势,基于流域土地利用变化特点,运用FLUS模型从不划定发展控制区域的基准情景和划定限制发展区域的限制情景2个方面出发,进行2035年汨罗江流域土地利用预测,...     

泼河水库对潢河径流过程及水文情势的影响

基于淮河流域潢川、淮滨两个水文站1952-2012年的日平均径流数据,采用滑动平均法和Mann-Kendall检验方法分析潢河径流年际变化,采用集中度、集中期、不均匀系数和极值比分析潢河径流年内分布变化,采用IHA法分析泼河水库建成前后潢河河道水文情势的变化.结果表明:泼河水库未对潢河年际径流变化趋势产生显著影响,而对...