基于SWAT耦合模型的水资源综合管理研究

鉴于目前水资源的稀缺性与不均匀性，为充分满足各地区用水需求，应优化地表水、地下水等水资源的应用方法。以SWAT模型为基础，联合MODFLOW模型，对流域中地表水-地下水的运动过程进行相关研究。结果表明，耦合模型的模拟效果优于SWAT独立模型，并与实际观测数据的相关性更强、变化规律更一致。研究结果可显著改善低流量期间流域整体水平衡的模拟效果，为相关项目开发研究利用提供参考与借鉴。     

基于水循环的分布式水资源调配模型开发与应用

自以水循环为基础的水资源动态配置模式提出以来,一批基于耦合分布式水文模型的水资源配置模型被先后提出,但其采用的耦合方法往往忽视了经济社会用水过程与天然水文过程之间的动态反馈作用。本文通过改进SWAT模型,并嵌合水资源配置模块,开发了基于水循环的分布式水资源调配模型（Water resources allocation and regulation model based on the SWAT,SWAT-WARM）,从模型结构、耦合方法、配置规则等方面系统描述了模型的双向耦合原理。以唐河流域为例开展模型的构建与应用研究,采用包含河道流量过程、特征频率径流总量、国民经济用水量和水资源开发利用量的多指标校验方法验证模型的性能,在此基础上,分析了不同时空尺度的水资源配置结果以及全流域年度水循环转化情况。分析结果表明,该模型通过分布式水文模拟和水资源配置模拟的动态结合,能够描述“自然-社会”水资源复杂系统的实时互馈过程,可为流域水资源精细化管理提供技术支撑。     

流域水文模型研究综述

流域水文模拟是用数学的方法描述和模拟水文循环的过程.按照水文循环运动的物理规律和空间变化规律介绍了流域水文模型的分类及其特点,回顾了流域水文过程模型的研究进展,总结、介绍了国内外分布式流域水文模型的开发研究成果,结合当前流域水文模型研究中存在的尺度、非线性、模型动态耦合等主要问题,提出了发展方向。     

基于SWAT模型的大凌河流域径流演变规律分析

文章以大凌河流域为例,采用SWAT分布式水文模型揭示了流域径流时空演变规律,从而有效解决了较大尺度流域难以定量分析的难题。通过对DEM建模过程和敏感性分析,在合适尺度流域内构建SWAT模型,在此基础上验证校准了模型的准确性与模拟精度。研究表明:各水文站点的效率系数Ens、判定系数R2、平均相对误差Re在验证期与校准期内均符合月水平及年水平径流定量要求;对大凌河径流的时空演变规律利用GSM地统计学方法进行关键源区分析,可为流域水资源可持续利用与开发保护提供一定决策依据。     

基于SWAT模型的多尺度径流模拟与对比分析

国际上对水文尺度转换的研究目前还处于初级阶段,由于空间异质性与变异性的存在,水文过程变得更加复杂和非线性,这对水文尺度转换的研究提出了更高的挑战。许多学者认为,实现水文尺度转换的关键是找出水文模型在不同尺度上的影响因素,从而确定不同尺度上的关联性。以杜陵流域为基础,以SWAT水文模型为研究对象,采用多尺度径流模拟方法,探讨水文模型的应用精度以及流域径流系数等在不同时间尺度下的变化规律,可为不同时间尺度上水文模型的选择提供支持,对水文尺度转换的研究也具有一定价值。     

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.     

CMADS在霍童溪流域SWAT模型径流模拟中的应用研究

中国东南沿海山区中小流域同样存在气象数据稀缺问题,导致流域水文模型研究受限。中国大气同化驱动数据集(CMADS)是一类可获得再分析气象数据集,用于填补水文模型数据空缺,研究其在SWAT径流模拟中的适用性显得尤为重要。以福建霍童溪流域为研究区,以测站数据为参照,通过数据一致性评价、SWAT模型径流模拟的检验系数以及水文要素空间分布对CMADS进行适用性评价。研究结果表明:两类数据降水空间分布一致,温度数据相关性较高;CMADS和测站数据在月、日尺度SWAT模型径流模拟中R~2和NSE系数均达到了较好的结果;CMADS模式水文相关分量与测站模式偏差较小且空间分布一致,CMADS数据集在东南沿海代表性流域径流模拟有较好的适用性。     

基于UQ-PyL的SWAT模型参数不确定性分析综合评估

为解决SWAT (soil and water assessment tool)模型在复杂情形下的参数不确定性分析问题,引入参数不确定性分析平台UQ-PyL(Uncertainty Quantification Python Laboratory),开发UQ-PyL与SWAT模型的耦合模块,使得UQ-PyL中的各种算法能够方便快捷地应用于SWAT模型的参数不确定性分析。为验证UQ-PyL用于SWAT模型参数不确定性分析的效果,在我国不同气候条件下的4个流域构建SWAT模型,综合对比评估UQ-PyL与SWAT-CUP对模型参数的不确定性分析结果。结果表明：UQ-PyL多种敏感性分析方法筛选出的敏感参数比SWAT-CUP单一方法筛选的结果更加合理;使用UQ-PyL率定的参数在4个流域应用中都表现良好,优化后模拟结果的纳什效率系数均在0.55以上,收敛次数在550次以内;在4个流域的模拟中,UQ-PyL能提供计算效率更高的算法ASMO,也能提供模拟结果更准确的算法SCE。综上,与SWAT模型相耦合的UQ-PyL能够支持SWAT模型用户在不同系统下对模型参数进行更高效的不确定性分析研究。     

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。     

章江干流的水文模拟与干旱预测评价

SWAT模型是流域水文模型发展的必然趋势,具有十分重要的应用价值。简要介绍了SWAT模型原理与构建过程,以章江干流的实际情况为基础,建立并评价了SWAT模型在水文模拟的可行性,并结合SWAT分布式水文模型的输出结果,预测评价该地区的干旱情况。     

流域水文、水动力、水质模型联合应用研究进展

流域水文、水动力、水质模型联合应用可以实现水资源从源头运动到不同水体的全过程模拟,对水资源开发利用与综合管理决策具有重要的意义.为深入了解流域耦合模型的发展与演变过程,总结了水文、水动力与水质3类模型的结构与特点,探讨了各类模型在耦合应用中的作用,综合评价了单向传输耦合、双向传输耦合与接口传输耦合各自的优势与不足,并对...     

地表水和地下水相互作用及集成模型研究

本文在总结国内外地表水和地下水相互作用研究的热点问题的基础上，归纳了定量计算的基本方法，评述了国内外主要的集成模型并对其进行了分类；认为集成模型应该解决时空尺度整合、参数的不确定性等关键问题，指出综合水循环各组成部分的复杂系统模型是模型发展的必然趋势。     

山区流域洪涝预报水文与水动力耦合模型研究进展

受人类活动及气候变化的影响,我国山区流域洪涝灾害频发,研制洪涝模拟及预报模型对于流域洪涝灾害防治及水环境综合整治具有重要的理论意义和应用价值。论文评述了洪涝模拟与预报使用的水文及水动力模型的优缺点,指出单一的水文或水动力模型的局限性。基于此,分析并比较了国内外已有的水文模型与水动力模型的不同耦合方式,包括水文模型与水动力模型的串联耦合、水文模型与一维水动力模型的动态单向耦合、水文模型与二维水动力模型的动态单向耦合。总结了各类耦合模型的优势和适用性,评价了已有耦合模型在计算精度、数值格式稳定性和计算效率等方面所取得的创新。论文探讨了流域洪涝发生和发展的水文过程与水动力过程的互馈机制,分析了水文模型与水动力模型新的耦合方法及可行性,介绍了水文与二维及一维水动力的动态双向耦合模型。动态双向耦合模型预期能更加真实地反映流域洪涝发生及发展物理机制,具有提高洪涝模拟预报精度和计算效率的潜力。各类耦合模型各有其自身优势,可以根据流域及城市防洪实际,选取合适的水文与水动力耦合模型,为山区流域洪涝模拟和预报提供技术支持。     

Arc Hydro与Arc Hydro Groundwater水文数据模型研究综述

由于目前在地表水与地下水的联合模拟研究中备受青睐的Arc Hydro与Arc Hydro Groundwater水文数据模型能否应用于水文模拟尚缺少实证性研究,通过查阅大量文献资料,分析这两个水文数据模型的功能和优点,以及存在的问题和未来发展趋势。指出Arc Hydro模型虽然具备强大的水文分析与提取功能,但其本身并不能实现水文模拟,必须与独立的水文模型利用数据交换来完成水文模拟;Arc Hydro Groundwater模型虽然包含MODFLOW分析模型,但只能对MODFLOW模型输出的结果进行可视化处理,目前还不具备独立的地下水模拟功能。认为地表水与地下水联合模型与GIS耦合集成平台的开发将是未来研究的热点。     

统计降尺度方法研究进展综述

统计降尺度方法是将大气环流模式GCMs输出的低分辨率的气象资料转换为流域尺度的主要方法之一,现已发展成为气候学中较为完善的领域。简要介绍了统计降尺度方法的基本原理,包括基本假设条件及主要步骤和关键点;重点介绍统计降尺度方法,大致分为转换函数法、天气分析技术和天气发生器这三类,并对几种方法的国内外应用进展做了阐述;对统计降尺度方法的不确定性研究做了简要介绍。指出未来研究应重点研究统计降尺度模型的适用条件及范围、提高降水模拟的精度;统计降尺度与动力降尺度两种降尺度结合的方法将是降尺度主要发展方向之一。     

分布式地表水-地下水耦合数值模型研究进展

系统梳理地表、地下各水文过程中常见的控制方程以及数值求解方法,指出单一地下水模型和单一地表水模型在解决耦合问题中的短板。回顾近年来的相关研究,归纳出11种常见的耦合模型。从模型原理和适用方向2个方面对已有研究概括总结,将耦合方法划分为松散耦合型、半松散耦合型和紧密耦合型,分析耦合模型在变化环境下的地下水-地表水转化关系、河道生态流量以及地表水-地下水联合调度方面的应用。未来可以重点关注耦合模型在复杂地貌、多样化参数、模型识别验证方法、运算效率以及多学科交叉等方面的研究。     

地下水系统数值模拟的研究现状和发展趋势

综述近几年国内外地下水系统数值模拟领域在思维方法、数学工具和计算机软件技术等方面的研究现状,分析了国内外在确定地下水系统数值模拟模型的不确定因素、应用3S技术和数值模拟软件的情况,提出了存在的问题,强调多学科模型的耦合及对水文地质参数研究和基础资料获取的重要性,指出计算机技术的深入应用、三维数值模型的建立和多种模型的耦合是未来发展方向。     

SWAT和WetSpa Extension在罗玉沟流域的应用比较

近年来,运用水文模型来研究流域水文状况越来越普遍,本文以黄土高原丘陵沟壑区第三副区的典型小流域为例,基于SWAT和WetSpa Extension两个模型,从模型的输入数据、模型的参数和模型模拟结果等方面进行比较,以期为该区水沙模拟选择合适水文模型并为将来模型性能的改进提供参考。连续15年的校准验证表明:两个模型都能得到较好的结果,而SWAT模型能应用于水文及泥沙等模拟过程,相对来说功能更全面;WetSpa Extension模型目前仅能提供水文模拟的模块,优点在于模拟时间步长较任意,可进行洪水模拟。