分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌河流域的适用性研究

为定量分析SWAT模型在新疆叶尔羌流域径流模拟的适用性,以叶尔羌河卡群水文站以上集水区域为研究流域,基于卡群水文站2000-2012年水文数据,运用SWAT模型模拟了研究流域的径流量,并设定2种气候变化情景模式,定量分析不同气候变化情景模式对叶尔羌流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在叶尔羌河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差小于8%,确定性系数均达到0.75以上;在降水不变化的前提下,气温升高2℃,流域径流量增加6.28%;在气温不变前提下,降水量增加5%,流域径流量增加9.50%。研究成果对于新疆叶尔羌河流域水文模拟及预测提供参考价值。     

洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.     

马莲河流域固沟保塬工程水文响应变化及优化

由于气候变化、土地利用变化及固沟保塬工程实施，黄土高原的水文循环变化备受世界关注。基于SWAT模型和中国大气同化驱动数据集(CMADS),定量分析了固沟保塬工程和4种土地利用情景对马莲河流域水文循环演变的影响。结果表明：SWAT+CMADS模式能够很好地模拟马莲河的水文变化过程；1995—2020年间，流域内年平均径流量减少了13 087.50万m³,降幅达到4.56%;流域内退耕坡耕地全部还林/还草情景较2020年土地利用情景相比，年平均径流量分别减少了283.80万、1 923.70万m³,固沟保塬工程(沟头填埋)情景下年平均径流量减少了1 135.30万m³。模拟研究固沟保塬工程和土地利用变化对马莲河流域径流的影响在生态环境保护和可持续发展方面具有十分重要的现实意义。     

不同土地利用模式对新疆阿克苏地区生态水文影响定量研究

结合分布式水文模型SWAT模型定了分析区域土地利用模式变化对河流生态水文的综合影响。分析结果表明:将流域坡度在25°以上的耕地变更为林地后,林地面积每增加5%,其河流泥沙负荷削减率为15. 2%,由于林地的蓄水保沙作用,水量相应减少4. 5%。城镇利用地的增加也同样对河道泥沙负荷具有显著影响,城镇利用地面积增加5%,河流泥沙负荷减少3. 2%,由于城镇用地蓄水能力差,其水量增加4. 1%,研究成果对于流域土地利用规划下河流生态保护具有重要参考价值。     

土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响

为研究海河流域径流对土地利用变化的响应,以阜平流域、匡门口流域和界河铺流域为研究区,利用1970—2011年的水文气象资料,分析了不同土地利用的时空转移特征,然后结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,设置4种土地利用情景,评价了土地利用变化对径流的影响。结果表明:模型能够较好地模拟全年及汛期月流量过程;多年径流量呈下降趋势,20世纪80年代到90年代中期呈波动性变化;不同的土地利用类型在时空上的转化呈现可逆性,主要是林地增加,草地减少,耕地略有增加;林地的增加和草地的减少会降低汛期径流量以及最大月径流量;汛期径流系数随着林地面积的增加而减小。合理地规划土地利用格局,对控制流域水文事件具有重要意义。     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

滁州花山水文实验流域径流与氮素耦合模拟研究

采用SWAT模型方法对滁州花山水文实验流域进行了径流与氮素耦合模拟,探讨了流域土地利用对氮素输移的影响。构建了花山水文实验流域SWAT模型,采用2008年1月~2013年12月的降雨、径流等数据对径流模型进行率定和验证,以2012年5月~2013年12月的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证。利用所建立的模型对现状土地利用情形和土地利用变化情景假设下进行了径流与氮素耦合模拟,计算了现状和不同土地利用情景假设下流域的径流深和氮负荷。结果表明:汛期的氮流失量占全年氮流失的比重较大,每年的汛期是控制氮流失的关键时期;旱地的氮流失潜力较水田大,林地的增加对氮负荷具有一定的消减作用;控制氮肥的使用,加强水土保持能力,可以有效减少流域氮负荷。     

改进的河道洪水演算法在大洋河流域的应用研究

对传统河道洪水演算法进行改进,引入变动态存储系数法,动态计算不同河段洪水传播时间,以大洋河沙里寨水文站以上集水区域为研究流域,将新安江模型与改进河道洪水演算法耦合模拟大洋河流域径流,并和传统河道洪水演算法径流模拟结果进行对比,此外,定量分析了不同计算时段输入对流域洪水模拟精度的影响。研究结果表明:改进的河道洪水演算方法,相比于传统洪水演算方法,模拟的径流深平均相对误差减少1.63%,确定性系数提高0.019;计算时段为1 h,相比于计算时段为1.5 h,模拟的次洪径流相对误差减少1.04%,峰现时间误差缩短0.96 h,确定性系数提高0.018。研究结果对于大洋河流域的水情预报提供参考价值。     

不同耕地类型对流域水沙过程的影响研究

常用的水土保持措施是退耕还林,但淮河流域是中国重要的农业产区,大规模实行退耕还林并不现实,所以通过调整耕地类型来减少水土流失可能是解决社会经济发展和生态保护矛盾的好方法。为研究不同耕地类型对流域水文要素及产沙的影响,考虑水田和旱地两种耕地类型对淮河息县水文站上游流域构建SWAT模型,构造A(实际耕地利用方式)、B(所有耕地为水田)和C(所有耕地为旱地)三种耕地类型情景,比较不同耕地类型情景下流域水文要素及产沙的变化情况。研究结果表明:所构建的SWAT模型在息县流域径流及泥沙模拟中具有良好的适用性,R2和NSE(Nash Sutcliffe Efficiency)均达到0.75以上;水田和旱地两种不同耕地类型对流域多年年均蒸散发及多年平均径流量影响较小,但对流域产沙量影响较大,在汛期更为明显,模拟期内每平方公里水田每年最多比旱地少产沙491.8t,平均每年少产沙约208.7t。采取水田耕种比旱地耕种更有利于减少息县流域内的水土流失。     

大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以大通河流域为研究区域,利用1985年和2005年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评估了流域土地利用/覆被变化的水文效应。结果表明：1985-2005年大通河流域的土地利用变化主要表现为草地向耕地、居工地转变,草地所占比例由46.7%骤降至20.9%,而耕地面积由1985年的1065.8km²增加到2005年的3243km²;相较于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模拟的多年平均径流增加了1.92×10⁸m³,由于上中下游主要的土地利用/覆被变化不同,导致流域径流变化增加程度由西北至东南逐渐增大;大通河流域年径流的增加主要表现为汛期径流增加,讯期月平均径流增幅达到了0.40×10⁸m³·mon^-1;非汛期径流则呈不明显减小趋势,平均降幅为0.024×10⁸m³·mon^-1。合理规划大通河流域土地利用方式,提高水源区涵养能力,对流域水资源可持续发展具有重要意义。     

基于格尔木河流域的SWAT模型水文特征情景模拟研究

以2008—2016年格尔木河流域实测径流量数据为基础,构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行参数率定、验证及不确定性分析,并设置不同的气候情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP6.0),预测流域2022—2050年的径流变化趋势,分析了研究区未来降水、气温的变化趋势并探究了这些气候要素对格尔木河流域径流的影响。结果表明：(1)SWAT模型在格尔木河流域径流过程的模拟中具有较好的适用性,率定期R²和E_NS分别为0.84和0.73,验证期R²和E_NS分别为0.74和0.70;(2)径流预测不确定性较小;(3)未来流域降水呈现增加趋势而气温降低;(4)未来时段流域径流增加显著,且降水是控制流域径流的主要因素。     

土地利用/覆被变化对典型流域径流的影响研究

土地利用/覆被变化是地球环境变化的重要组成部分,环境变化会引起水文循环过程的改变。以王快水库以上流域为典型流域,利用SWAT模型模拟不同土地利用/覆被变化对流域径流的影响。结果显示:随着流域土地覆被的增加,年径流量减小,和大规模水利建设和水土保持对汛期径流影响更大。模拟径流量由大到小依次为裸岩覆盖、现状植被、森林覆盖、未来最佳植被。     

土地利用和气候变化对王家桥小流域径流的影响

以三峡库区内典型小流域王家桥为例,利用SWAT模型模拟土地利用和气候变化及两者共同作用对径流的影响。结果表明:扩大耕地、退耕还林、发展经济林的土地利用情景下,年均径流量较基准年变化率分别为15.13%、-13.99%、23.22%,退耕还林能有效调节和减少流域径流量;浓度路径为RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5的气候变化情景下,径流量变化率分别为7.13%、7.78%、8.91%,径流量随未来温室气体和硫酸盐气溶胶排放情况增大而增加;两者综合情景下年均径流量均增加,2030年左右增幅较显著;对影响径流的因素进行方差分析,发现土地利用变化对径流的影响比气候变化的影响更显著。在未来气候变化背景下,可通过合理配置流域的土地利用类型,实现对流域水量平衡的调节。     

1957-2006年天山萨雷扎兹库玛拉克河流域冰川物质平衡变化及其对河流水资源的影响

天山南坡的萨雷扎兹-库玛拉克河流域在中国阿克苏河协合拉水文站以上面积为12816km2,发育有冰川3195.41km2,冰川覆盖率25%.根据1957—2006年流域站点观测的降水、气温及其径流资料,通过最大熵方法计算了流域冰川物质平衡的逐年变化.结果表明:流域冰川径流深约为895mm,全流域河川径流深为381.3mm,冰川融水占协合拉站控制流量的58.65%,冰川融水变化对流域水资源量的影响非常明显.1957—2006年平均年径流量为48.64×108m3,径流在1993年后急剧增加,1994—2006年的平均年径流量比1957—1993年的增加了10.56×108m3,即增加了23%.由于负物质平衡消耗了大量过去积累的冰川冰,冰川融化对河流额外补给.初步计算,在过去50a由于气温升高引起的冰川净消融额外补给河流的径流量达309.47×108m3,相当于每年径流增加达6.19×108m3,约为年径流量的13%.1957—1993年流域冰川消融对河流的额外净补给量为5.3×108m3,占河流总径流量的11%;1994—2006年流域冰川消融对河流的额外净补给量为8.8×108m3,占河流总径流量的18%.随着...     

气候变化下雅鲁藏布江拉孜以上流域径流过程模拟与预测

西部高寒河源区因冰川积雪冻土等特殊的地理环境,其径流过程的模拟与预测一直是水文学研究的难点和热点问题之一,全球气候变暖为这一地区的水文模拟提出了新的挑战。以雅鲁藏布江拉孜以上流域为研究区域,基于可考虑冰川积雪融水的SWAT分布式水文模型对拉孜站径流过程进行模拟,评估SWAT模型在高寒河源区的适用性。基于未来气候变化情景,统计分析了未来研究区降水、气温的变化趋势,预估了气候变化对区域径流过程的影响。结果表明:SWAT模型在拉孜以上流域径流过程模拟中具有较好的适用性,模型在率定期和验证期月尺度NS系数分别达到了0.78和0.84;未来研究区降水、气温均呈现出增加趋势,且随着排放情景的上升,气温、降水增加幅度有变大趋势;未来研究区不同时段径流量也呈现出不同的增加趋势,在2020～2049年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,相较于基准期径流分别增加了约11.8%、14.0%、16.5%,为下游水资源可持续开发利用带来了更大的挑战。     

气候与土地利用变化对涟水流域径流的影响

以涟水流域为研究对象,选用1990年、2000年、2010年三期土地利用数据资料,将1985-2014年30 a气象条件相应划分为1985-1994年、1995-2004年、2005-2014年三段气象背景时期,并组合细分为7种模拟情景,应用SWAT分布式水文模型模拟不同情景下的径流量,探讨气候和土地利用变化对流域径流的影响。利用PSO粒子群优化算法,以克林效率系数KGE为目标函数,通过湘乡站实测径流数据校准模型参数。运用p-factor、r-factor评价模拟的不确定性,采用相关系数R²、纳什效率系数NS和偏差百分比PBIAS评价模型模拟效果,评价结果表明不同土地利用情景下,校准期和验证期的模拟效果均达到可信程度,模拟的不确定性较小。组合情景间模拟分析结果表明,1985-2014年30 a间,气候变化使涟水流域径流不断减少,土地利用变化使径流有所增加,年径流深总体呈现下降趋势。气候变化对涟水流域径流变化的影响贡献率在逐渐上升,从71.4%上升到了86.3%。土地利用变化对径流变化的影响贡献率则相应下降,从28.6%降低至13.7%。因此,在气候变化背景下,科学管理流域水资源还需要充分考虑流域土地资源空间配置结构和利用方式。     

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明：(1) 1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。(2) RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。(3)水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。(4)水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—...     

汾河上游土地利用变化及其水文响应研究

以河岔水文站以上的汾河流域为研究区,采用土地利用转移矩阵和SWAT模型模拟方法,就汾河上游土地利用变化对水文过程的影响进行研究. 流域从1995-2000年,以耕地向林地和草地转变为主;从2000-2010年,城市建设用地不断增加,主要是对耕地的占用. 结果显示,在相同气候背景、不同土地利用情景（1995、2000年2010年）下,流域1992-2000年多年平均产水量微弱增加（分别为85.69 mm、85.75 mm和85.82 mm）,主要因为耕地持续减少,草地和城市建设用地不断增加. 但是各年产水量的大小关系不完全一致,枯水年和平水年与丰水年存在差异,而土壤水分呈现一致的减少状况. 子流域水平上,降水条件同样影响水文过程对土地利用变化的响应程度. 以上结果表明,汾河流域在退耕还林还草政策等影响下,土地利用发生变化并且直接影响流域的水文过程,但是流域水文过程对土地利用变化的响应还受到降水的影响.     

天山南坡高冰川覆盖率的木扎提河流域水文过程对气候变化的响应

木扎提河是天山南坡冰川面积覆盖率最大（48.2%）的河流, 流域径流过程对气候变化极为敏感, 为了合理管理和规划水资源, 确保水资源的可持续利用, 亟需定量评估气候变化对该流域水文过程的影响。以VIC-CAS分布式水文模型为计算平台, 利用实测的径流和两次冰川编目间的冰川面积变化数据开展了模型的多目标参数化校正和验证, 有效提高了模拟结果的“真实性”, 然后通过数值模拟结果结合观测数据定量解析了流域径流的组成、 变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明： 木扎提河总径流集中在暖季（5 - 9月）, 占全年总径流量的77.9%, 冰川径流、 融雪径流和降雨径流分别占总径流量的66.6%、 26.4%和7.0%。1971 - 2010年木扎提河流域气温和降水呈显著增加趋势, 由于降水的增加, 降雨和融雪径流均呈增加趋势, 但冰川径流呈现明显减少趋势, 导致总径流呈现下降趋势。在RCP4.5情景下, 未来该流域气温呈现明显升高趋势, 降水表现为微弱下降趋势; 气候变暖后, 更多降水以降雨形式发生, 未来降雨径流将明显增加, 降雪和融雪径流已于20世纪90年代达到峰值, 随后明显减少; 冰川面积将持续萎缩, 冰川径流于21世纪10年代达到拐点, 随后明显减少, 导致河道总径流量也将明显减少。