SWAT模型的参数灵敏度分析——以贡嘎山海螺沟不同植被类型流域为例

目前分布式水文模型在我国各种流域的水文过程模拟中已得到广泛的应用,为了深入了解不同分布式水文模型参数在水文循环过程中的影响程度,文中针对贡嘎山海螺沟4种不同植被类型流域,采用扰动分析方法定义模型参数的灵敏度并根据灵敏度的取值分为5级,基于SWAT(Soil&Water Assessment Tool)分布式水文模型研究了模型参数灵敏度在年内夏季和冬季的变化及其对水文过程模拟结果的影响。计算结果表明:冬季模型参数的灵敏度普遍偏高,会出现枯水期径流过程模拟误差较大的现象,而夏季模型参数的灵敏度相对降低;但在同时模拟汛期和枯期的径流过程情况下,前者的误差会小于后者。通过对SWAT模型参数在不同植被类型流域的灵敏度分析,将会有助于减少水文模拟的不确定性或能获得更好的估计结果。     

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。     

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。     

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。     

基于 SWAT 模型的北山水库流域地表径流模拟

为评价北山水库流域地表水资源,选用SWAT软件构建了该流域的分布式水文模型。基于2016-2018年实测水文数据以及高程、土地利用类型、土壤类型等数据,完成了对北山水库流域的SWAT模型构建,利用SWATCUP软件对参数进行率定及敏感性分析,选取决定系数(R~2)、纳什效率系数(NSE)、平均相对误差绝对值(MARE)和均方根误差(RMSE)作为模型评价指标。结果表明:北山水库月蓄水量模拟值与实测值吻合良好,模型率定期和验证期的R~2均达到0.89,NSE分别达到0.88与0.85,MARE分别为5.04%与4.23%,RMSE分别为1.15×10~6 m~3与0.90×10~6 m~3,由此表明该模型能近似反映研究区的径流变化特征,展示了SWAT模型在该流域的适用性。此外,基于验证的水文模型对主要参数进行敏感性分析,表明影响该区径流模拟最为显著的两个参数是浅层地下水回归流阈值和径流曲线数。     

SWAT模型在金沙江上游小流域径流模拟中的应用

为探讨SWAT分布式水文模型在金沙江上游小流域水文过程模拟中的适用性,选择金沙江一级支流冲江河流域为研究区,利用该小流域控制站来远桥水文站1961~2012年月径流量数据进行模型参数率定与模型验证研究。结果表明：SWAT模型对金沙江上游山区小流域径流模拟精度较高,冲江河流域率定期和验证期月径流模拟值与实测值的相关系数分别达0.97和0.81,平均相对误差分别为16%和20%,纳什系数Ens分别为0.84和0.82。     

基于SWAT模型对洙赵新河流域径流的模拟研究

洙赵新河是南四湖流域重要的入湖河流,研究该流域的径流对南四湖湖西平原区具有重要意义。选用SWAT分布式水文模型,通过SWAT-CUP程序的Sufi-2算法进行参数率定、敏感性分析与不确定性分析,模拟了洙赵新河流域2008-2014年的月径流过程。结果表明:月径流在校准期和验证期的相关系数R2和NS效率系数均大于0. 85,表明SWAT模型在洙赵新河流域适用性较好;根据敏感性分析结果发现水文相关参数与径流有不同程度的相关性,其中植被蒸腾补偿系数、河岸调蓄的基流α因子、浅层地下水径流系数等13个参数最为敏感;在气象站点密度较小的地区,引入CMADS气象数据集作为流域水文模型的驱动数据集,取得了理想的效果。     

基于CMADS驱动下SWAT模型的敖江流域径流模拟

目前针对气象、水文资料不足的小尺度流域进行径流模拟的研究相对较少。选取敖江流域为研究区,利用中国大气同化驱动数据集(CMADS)驱动SWAT模型对该流域2008—2016年进行逐月径流模拟,并使用水文比拟法结合邻近的2个传统气象站计算出模拟时段的观测数据以完成模型参数的率定与验证。结果表明:模拟结果与观测值较吻合,率定期(2010—2013年)评价指标决定系数R²和Nash-Suttcliffe系数NS分别为0.84和0.76,验证期(2014—2016年)两者分别为0.85和0.74,均达到了模型的评价要求。研究成果表明CMADS驱动下的SWAT模型适用敖江流域的径流模拟,采用水文比拟法适合在水文资料不足的地区进行径流计算,可为缺少气象与水文资料的小尺度流域进行径流模拟提供参考。     

基于SWAT的乌伦古河流域径流模拟研究

以新疆乌伦古河流域上游为研究区,利用DEM、土地利用、土壤类型和水文气象资料,基于SWAT构建研究区分布式水文模型,探讨了SWAT模型在乌伦古河的适用性。应用LH-OAT法对参数进行敏感性分析,采用手动调参对模型参数进行率定和验证,根据已有的径流资料选用2000年—2005年为模型参数率定期,2006年—2009年为模型的验证期。研究结果表明:实测值与模拟值的趋势一致总体较为接近,率定期和验证期效率系数均大于0.6,相关系数0.8以上,径流平均误差小于15%。总体来看,SWAT模型参数率定之后,能较好的反映了乌伦古河流域的月径流水文过程,在该地区具有一定的适用性。更多还原     

基于SUFI-2优化算法和SWAT模型的汾河流域月径流模拟

以黄河中游的汾河流域为研究区域,构建汾河流域SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2优化算法进行参数敏感性分析、率定与不确定性分析,模拟了流域控制站河津水文站的月径流过程。结果表明:12个水文参数对径流的模拟均有不同程度的影响,对径流影响量最大的为土壤层有效含水量、其次为径流曲线数,影响最小的为主河道河床曼宁系数;率定期和验证期E_ns值均达到了0.80以上,相对误差R_e均小于20％,且确定性系数R²均大于0.85。汾河流域SWAT模型的月径流模拟效果较好,验证期较率定期落在不确定性区间的数量有所增加,表明验证期的径流模拟比率定期的径流模拟不确定性程度大。     

基于SWAT模型的长江源区巴塘河流域径流模拟

为了分析长江源区巴塘河流域气候变化与径流的水文响应关系,根据研究区的DEM(digital elevation model)、气象数据、土壤类型和土地利用数据,建立了SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,并选用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法进行SWAT模型参数的矫正及验证。模拟结果表明:矫正期与验证期的模拟径流量与实测流量的峰值出现月份基本一致,均在巴塘河流域的6—9月份,最小值出现月份均在巴塘河流域的1,2月份,地下水延滞参数为影响模拟结果的首要因子。矫正期与验证期的模拟径流量与实测径流量之间的确定性系数及效率系数都高于0.8,该模型对巴塘流域的模拟效果良好,但受冻土影响较大。通过径流模拟及影响因子分析,可为巴塘河流域的山洪泥石流灾害预测、风险分析与管理提供参考。     

基于智能聚类识别的 SWAT 模型参数优化方法 −以石头口门水库流域为例

为探究 SWAT 模型参数优化过程与方法,降低参数估计不确定性,采用敏感性分析方法遴选关键参数,针对 关键参数采用拉丁超立方抽样构建参数样本集,进而结合各组关键参数组合下的模拟精度指标构建聚类指标集, 采用 SOM 聚类算法进行聚类,并基于模拟精度较高且波动较小类别识别各关键参数取值范围,形成一种 SWAT 模型关键参数优化系统方法。以石头口门水库流域为例,选取 1980—2016 年（1980—1986 年为预热期,1987— 2009 年为率定期,2010—2016 年为验证期）的月径流实测资料,建立流域 SWAT 模型,引入 SOM 聚类算法进行参 数优化,不断缩小模型关键参数合理取值区间,并应用 SUFI-2 算法进行模拟结果对比。结果表明：SWAT 模型适 用于石头口门水库流域,且参数优化前验证期的决定系数 R2为 0.79,纳什效率系数 ENS为 0.74,P-factor 为 0.65,R-factor 为 0.56;参数优化后验证期 R 2为 0.88,ENS为 0.83,P-factor 为 0.70,R-factor 为 0.50,模拟效果较好。故 应用 SOM 算法进行 SWAT 模型参数优化可以降低模型不确定性,提高径流模拟精度,为水文模型参数优化算法 的选择提供思路,对水资源管理政策制定与水库优化调度具有重要意义。     

基于SWAT模型的青海省主要流域径流模拟

通过划分青海省主要流域并构建相应SWAT模型,模拟流域日、月平均径流变化过程,根据模型径流模拟值与实测值对比及对模型模拟结果进行评价,从而探讨所构建模型的模拟精度及其适用性。结果表明:SWAT模型不适用于柴达木盆地,而对高寒区或高原区内以降水、冰川、融雪为主要补给的流域的径流模拟效果良好,且具有较好的适用性。     

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。     

甘肃梨园河流域SWAT径流模拟与预报

以甘肃梨园河流域为研究对象,收集相关资料组织数据库,建立SWAT分布式流域水文模型,并模拟1990-1999年月地表径流过程。通过比较模拟值与实测值得相对误差Re小于10%,相关系数R2和Nash-Sutcliffe系数Ens均大于0.80,模拟效果较好,认为SWAT模型可适用于梨园河流域的地表径流模拟。而后结合自回归模型和时域法预测的气象数据,加载到已率定的SWAT模型中预测2009-2018年地表径流。结果表明:预测期径流深呈下降趋势,分析径流对气候变化的水文响应,认为径流对气温的水文响应的敏感性较径流对降水的敏感性高。     

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。     

土地利用变化对东江流域产流过程影响的定量评估

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域的水文过程进行了模拟,并分别采用1990年、2000年、2009年土地利用数据驱动模型,定量评价东江流域1990—2009年土地利用变化对流域水文过程产生的影响。结果表明:(1)流域出口月径流模拟率定期确定性系数R2为0.89,Nash-Sutcliffe效率系数ENS为0.87;验证期R2为0.88,ENS为0.87,东江流域SWAT模型径流模拟精度较高;近年来流域林地、草地面积减少,园地、城镇用地、水域面积增加。(2)在此影响下,东江流域单位面积侧向流降低了9.66 mm、基流降低了4.86 mm,地表径流增加了8.26 mm、实际蒸发增加了6.40 mm、潜在蒸发增加了4.40 mm;径流总量共减少了6.38 mm。(3)地表径流、侧向流对土地利用变化的响应在雨季更为敏感,实际蒸发、潜在蒸发及径流总量对土地利用变化的响应在旱季更为敏感。     

SWAT模型在赣江流域的适用性及参数敏感性

为评估和管理赣江流域水资源,基于ArcGIS10.2构建了SWAT模型对赣江外州站以上流域进行了模拟。模型中涉及的模型验证、参数率定和敏感性分析,采用了SUFI算法来处理。并基于月尺度、年尺度对研究区域选取近50 a的径流进行模拟。为了评价模型的可行性和拟合程度,计算了拟合系数R~2和纳什系数Ens。结果表明,实测过程线与月尺度和年尺度的径流接近吻合,拟合程度也非常良好,年尺度径流模拟甚至在两个不同时期下得出相同结果。达到了预期期望,事实证明选用的SWAT模型在赣江外州站以上流域模拟具有良好的效果。     

基于SUFI-2算法的SWAT模型在抚河临水流域径流模拟中的应用

以抚河临水流域为研究区域,整合流域下垫面与气象数据资料,基于GIS平台构建了SWAT分布式水文模型;采用SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析、率定及不确定性分析,并对抚河临水流域径流过程进行模拟。结果表明:率定期和验证期的模拟值和实测流量拟合程度较好,决定系数(R2)和纳什效率系数(Ens)均在0.80左右,模拟结果较理想,有很好的适用性。     

SWAT模型径流模拟的校正与不确定性分析

为比较SUFI-2和GLUE两种常用的SWAT模型校正与不确定性分析方法的优劣,以三峡库区大宁河流域为研究对象,应用Arc SWAT 2012对大宁河流域进行径流模拟,并分别基于SUFI-2和GLUE方法进行校正和不确定性分析,进而从模型模拟结果的不确定性、拟合效果、运算效率和参数不确定性分析等方面对SUFI-2和GLUE进行比较。结果表明:SUFI-2和GLUE都可以较好地应用于大宁河流域SWAT模型的校正和不确定性分析,但SUFI-2方法能通过较少的模拟次数获得更小的模拟不确定性带以及更佳的拟合效果,而GLUE方法在参数不确定性分析方面的表现更佳。对于SWAT模型径流模拟,建议用SUFI-2方法进行校正和模拟结果不确定性分析,用GLUE方法进行参数不确定性分析。