渭河流域土地利用变化对径流的影响

近年来土地利用变化在人类活动影响下越趋明显,对其引起的水文循环变化的研究也受到越来越多的重视。为定量分析渭河流域咸阳站以上流域土地利用变化对径流的影响,根据1965—2015年径流长系列数据分析径流变化趋势及突变点。基于1986年、2000年和2015年3期土地利用数据,分析了土地利用面积及动态变化特征,结合SWAT模型,在1986年和2015年土地利用情景的基础上,定量分析了土地利用变化对径流的影响。结果表明:20世纪90年代初期流域径流发生突变;SWAT模型在渭河流域适用性良好;林地、草地和耕地为流域主要用地类型,耕地面积减小22%,主要转化为林地和草地,城镇用地增加显著;渭河流域土地利用变化对径流存在抑制作用,其影响小于10%。     

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。     

潇湘水源地土地利用对土壤侵蚀影响定量研究

为定量掌握不同土地利用方式下潇湘水源地土壤侵蚀变化,利用1998~2009年潇湘水源地附近站点气象数据、潇湘水库坝上月径流资料,结合水源地1986~2009年3期土地利用、土壤空间分布图和DEM,构建了SWAT模型。在模型率定和验证的基础上,定量研究了土地利用方式变化对土壤侵蚀的影响。结果表明,1986年和2000年,土地利用类型变化不大,土壤侵蚀以轻度侵蚀为主,林地和草地面积大幅减少,耕地面积大幅增加,导致土壤侵蚀模数增加。     

基于SWAT模型的云南渔洞水库土壤侵蚀研究

为研究不同土地利用方式对云南渔洞水库径流区土壤侵蚀的影响,基于SWAT水文模型,以渔洞水库径流区2009年土地利用方式为基准,模拟研究了林地、草地、耕地相互转化条件下该区土壤侵蚀变化情况。模拟结果表明,耕地是造成渔洞水库径流区水土流失的主要因素,将该区现有耕地逐步实行退耕还林还草,可有效控制水土流失,达到修复生态、涵养水源、保护水质的目的。研究结果可为径流区应对外界人为扰动、保护水土提供科学依据。     

东洋河流域土地利用及气候变化对径流的影响

为分析东洋河流域土地利用与气候变化对径流的影响,选用SWAT分布式水文模型,通过情景分析法模拟变化环境下流域的径流响应。结果表明:①SWAT模型在东洋河径流模拟过程中具有较好的适用性且不确定性较小。②按现有土地利用和气候变化趋势,单一因子和共同作用对径流均有削减作用(即水文负效应),将会造成下游用水形势更加严峻,并影响整个洋河流域的生态环境。③未来气候变化情景中,径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。④极端土地利用情景中,增加耕地和林地使年均径流量减少,增加草地使径流量增加。⑤影响未来流域年均径流的主要因素是气候变化,土地利用变化的影响相对较弱。土地利用的变化对调蓄径流有一定作用,可缓解气候变化带来的水文负效应,有助于流域水资源的科学管理。     

土地利用变化对汾河流域典型区域径流影响模拟研究

利用气象水文基础数据及土地遥感等数据,基于统计学及水文模型分析了土地利用变化对汾河流域典型区域径流的影响,定量模拟和分析了典型区域1978、1998、2010年土地利用变化遥感数据下径流变化。结果表明:(1)静乐站控制断面以上土地利用发生了明显的变化,耕地面积2010年相比1978年减少了181.06 km~2,而林地和草地分别增加了160.22 km~2和20.22 km~2;(2)土地利用变化对径流量产生影响,1978、1998、2010年3期土地利用分析结果和径流模拟结果表明林地和草地相对于耕地可以减少径流量;(3)土地利用变化对径流的影响受降水条件的影响,降雨量越大,土地利用变化对径流的减少越明显,在未来土地类型规划中,应考虑降水条件和土地利用变化对径流的影响,合理布局土地利用方式。     

土地利用变化对潘家口水库控制流域径流影响

以潘家口水库控制流域为研究对象,利用1970、1980、1995和2010年4期土地利用数据分析土地利用时空变化特征,并结合SWAT模型从水文响应单元的角度,分析土地利用变化对流域径流变化及其空间分布的影响。结果表明:土地利用类型变化主要表现为水域减少,林地增加及草地、耕地减少,以及建设用地的扩张;2010年土地利用情景下研究区域中滦河、伊逊河、武烈河与老牛河4个子流域多年平均径流量平均减少6.36%。耕地及草地向林地的转化导致产流量减少,蒸发量增加是径流量减少的主要原因。单纯土地利用变化对潘家口入库径流影响并不大,上游中小水库、塘坝等工程的修建,及工农业和城市用水量的增加等是影响径流变化的主要原因。     

多种土地利用情景下汾河流域径流响应

为研究汾河流域未来土地利用变化及其对流域径流过程产生的影响,利用FLUS模型模拟2040年在自然发展、耕地保护情景下的土地利用情况,载入SWAT模型模拟多种土地利用情景下的径流过程并进行对比.结果表明:耕地、林地、草地是汾河流域主要用地类型,其变化的主要特征是耕地减少、建设用地增加;汾河流域土地利用变化引起流域年、季径...     

气候变化情景模式下大洋河径流响应研究

为定量分析气候变化情景模式下大洋河径流响应规律,利用分布式水文模型SWAT模型,基于大洋河沙里寨水文站2000-2010年水文数据以及沙里寨水文站以上集水区域各降雨站点2000-2010年降雨数据对SWAT模型进行率定和验证。基于率定后的SWAT模型,通过设定4种气候变化情景模式(假定气温℃,降水量变化),定量分析不同气候变化情景模式下大洋河径流响应规律。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差在10%以内,确定性系数达到0.85以上;在降水不变情况下,气温升高2℃,流域径流减少4.09%,而气温降低2℃,径流增加3.01%;在气温不变情况下,降水量减少10%,流域径流量减少5.23%;降雨量增加10%,流域径流量增加5.11%。     

基于SWAT和GIS的洱海流域土地利用变化对径流影响的研究

利用DEM、土地利用、土壤、气象等时空数据并结合GIS和RS技术,建立洱海流域SWAT模型,分析了2000年和2010年不同土地利用情景对径流的影响,其结果为洱海流域土地利用变化引起径流的变化率为2.46%。以《云南省土地利用总体规划大纲(2006—2020)》为依据,结合洱海流域土地利用分布的实际情况,设置3种土地利用情景,研究不同土地利用情景对径流的影响。结果表明情景1中,66.06 km²的耕地转林地和89.16 km²的耕地转草地,模拟的年均径流值增加75.73 mm;情景2中,100.13 km²的裸地和105.74 km²的草地转为耕地,年均径流增加39.89 mm;情景3中,138.72 km²的草地和292.86 km²林地转耕地,年均径流减少20.36 mm。模拟表明在坡度15°以上,洱海流域森林和草地面积的增加将会增加径流量;在坡度15°以下,耕地的增加会一定程度上减少径流量。研究成果为洱海流域水资源空间合理调配提供参考依据。     

Evaluating the SWAT Model for Hydrological Modeling in the Xixian Watershed and a Comparison with the XAJ Model

Already declining water availability in Huaihe River, the 6th largest river in China, is further stressed by climate change and intense human activities. There is a pressing need for a watershed model to better understand the interaction between land use activities and hydrologic processes and to support sustainable water use planning. In this study, we evaluated the performance of SWAT for hydrologic modeling in the Xixian River Basin, located at the headwaters of the Huaihe River, and compared its performance with the Xinanjiang (XAJ) model that has been widely used in China. Due to the lack of publicly available data, emphasis has been put on geospatial data collection and processing, especially on developing land use-land cover maps for the study area based on ground-truth information sampling. Ten-year daily runoff data (1987?C1996) from four stream stations were used to calibrate SWAT and XAJ. Daily runoff data from the same four stations were applied to validate model performance from 1997 to 2005. The results show that both SWAT and XAJ perform well in the Xixian River Basin, with percentage of bias (PBIAS) less than 15%, Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) larger than 0.69 and coefficient of determination (R²) larger than 0.72 for both calibration and validation periods at the four stream stations. Both SWAT and XAJ can reasonably simulate surface runoff and baseflow contributions. Comparison between SWAT and XAJ shows that model performances are comparable for hydrologic modeling. For the purposes of flood forecasting and runoff simulation, XAJ requires minimum input data preparation and is preferred to SWAT. The complex, processes-based SWAT can simultaneously simulate water quantity and quality and evaluate the effects of land use change and human activities, which makes it preferable for sustainable water resource management in the Xixian watershed where agricultural activities are intensive.     

土地利用变化和气候变化对温榆河上游流域径流变化的影响

土地利用和气候是直接影响流域水文水资源的两个主要因素,其影响分离的研究对流域的土地利用规划和水资源管理具有重要意义。以温榆河上游流域为研究对象,在统计分析1980-2014年流域气象因子、土地利用变化趋势的基础上,通过SWAT模型模拟与情景设计相结合的方法,评估了气候变化和土地利用变化对温榆河上游径流变化的影响。结果表明,SWAT模型在温榆河上游流域模拟效果良好,率定期和验证期的决定系数R2分别为0.80、0.77,纳什系数Ens分别为0.79、0.74。流域降雨量和气温呈递增趋势,林地和耕地减少,城乡及工矿和居民用地增加,草地在1995年到2005年间增加,这些变化综合影响了流域的径流变化,使得径流先增加后减少。其中气候变化的贡献率为100.46%,土地利用变化的贡献率为2.09%,气候变化的影响远远大于土地利用变化的影响。因此,如何应对气候变化在温榆河上游流域水资源管理工作中值得重视。     

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。     

泾河长系列水沙变化规律与归因研究

近些年泾河径流量及来沙量大幅减少,在一定程度上影响到流域的水资源开发利用,为了厘清水沙减少程度及变化特征,探寻其变化背后的驱动因素,采用联合滑动t检验、距平累积曲线法和Copula等方法,从不同层面对泾河长系列水沙规律进行了研究。同时,建立分布式水文模型,分情景对泾河流域径流泥沙对气候和土地利用变化的响应进行了模拟。结果表明:气候变化对径流和泥沙减少的贡献率约为21. 20%和6. 08%;土地利用变化对径流泥沙减少的贡献率约为4. 04%和11. 08%;泾河流域径流泥沙变化除受气候变化影响外,还与土地利用(覆被)类型、面积比重等有关。研究结论表明:人为拦蓄和引水是河川径流减少的主要原因,而泥沙减少的主因除了退耕还林还草之外,通过淤地坝等水保措施直接拦沙也起到了重要作用。     

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SWAT分布式流域水文模型的下垫面变化和水利工程对径流影响分析

近年来随着人类活动的加剧,兴建了许多中、小型水利和水土保持工程,迅速改变着流域的自然面貌,因而改变了径流的原有规律。选取1960以前水利工程较少的时期作为人类活动不明显期来率定SWAT模型参数,对于1990以后人类活动稳定期的径流分别设置3个情景:应用原SWAT模型、应用只考虑下垫面变化的SWAT模型和应用考虑下垫面变化和水利工程影响的SWAT模型分别进行模拟。对于五道沟以上流域和流域内东丰、磐石、样子哨3个子流域模拟结果显示:考虑下垫面变化和水利工程影响后的径流模拟相关系数R2和纳什效率系数NSE分别从0.82、0.56提高到0.91、0.79,分别提高了11.0%和41.1%。其中模拟精度的提高量中91.3%是由于考虑水利工程作用所引起的,剩余部分是由考虑下垫面变化引起的。相比下垫面变化,水利工程运行对该流域径流变化占据主导作用。     

Impact of Land Use Change on Hydrologic Processes in a Large Plain Irrigation District

Land use is the main factor that influences catchment hydrologic processes, and a better understanding of its effect is important for future land use planning and water resource management. By applying the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), we assessed the effects of land use changes on major hydrologic processes (evapotranspiration (ET), discharge, river) on a large plain irrigation district, the Hetao Irrigation District (HID), China. The results indicated that SWAT was a useful tool for simulating the effects of land use changes on regional hydrologic processes. Human activities were the main factors that directly influenced land use in the HID. Land use changes had important impacts on the hydrologic processes of the HID. During 1995–2010, the land use changed greatly in the HID, leading to the changes in ET and discharge. The peak value of ET coincided with the exuberant crop growth period in the maximized sown crop area. In 1995s, wheat maximized the sown area and ET peaked in June; when sunflower and corn maximized the sown area in 2010s, ET peaked in July and August. The increased ET reduced discharge in the same period in the HID. Land use change affected the period and quantity of water diversion in the irrigation district. The quantity of water diverted in 1995 was greater than that in 2010, indicating that land use change significantly impacted the water quantity of the river, which was the water source of the irrigation district. This study will be a reference for future land use planning and water resource management in the irrigation district.     

Development and Integration of Sub-hourly Rainfall–Runoff Modeling Capability Within a Watershed Model

Increasing urbanization changes runoff patterns to be flashy and instantaneous with decreased base flow. A model with the ability to simulate sub-daily rainfall–runoff processes and continuous simulation capability is required to realistically capture the long-term flow and water quality trends in watersheds that are experiencing urbanization. Soil and Water Assessment Tool (SWAT) has been widely used in hydrologic and nonpoint sources modeling. However, its subdaily modeling capability is limited to hourly flow simulation. This paper presents the development and testing of a sub-hourly rainfall–runoff model in SWAT. SWAT algorithms for infiltration, surface runoff, flow routing, impoundments, and lagging of surface runoff have been modified to allow flow simulations with a sub-hourly time interval as small as one minute. Evapotranspiration, soil water contents, base flow, and lateral flow are estimated on a daily basis and distributed equally for each time step. The sub-hourly routines were tested on a 1.9 km² watershed (70% undeveloped) near Lost Creek in Austin Texas USA. Sensitivity analysis shows that channel flow parameters are more sensitive in sub-hourly simulations (Δt = 15 min) while base flow parameters are more important in daily simulations (Δt = 1 day). A case study shows that the sub-hourly SWAT model reasonably reproduces stream flow hydrograph under multiple storm events. Calibrated stream flow for 1 year period with 15 min simulation (R ² = 0.93) shows better performance compared to daily simulation for the same period (R ² = 0.72). A statistical analysis shows that the improvement in the model performance with sub-hourly time interval is mostly due to the improvement in predicting high flows. The sub-hourly version of SWAT is a promising tool for hydrology and non-point source pollution assessment studies, although more development on water quality modeling is still needed.     

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。     

考虑人类活动影响下的密云水库来水量和水质摸拟

以流域土地利用变化、非点源污染、水利水保措施、旅游业发展以及矿山开发等人类活动作为影响因素,运用SWAT模型对密云水库1990-2005年的入库径流量及水质变化过程进行模拟。选用月径流模拟的效率系数、相对误差、相关系数作为模型适用性的评价指标。模拟结果表明,在考虑人类活动的影响下,对密云水库来水量及水质进行模拟更加符合当今复杂下垫面情况下的实际径流过程。研究结果对人类活动影响下的密云水库入库径流量及水质变化过程提供新的思路。