SWAT模型参数敏感性分析及应用

地理信息系统(GIS)支持下的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型以流域离散化空间参数来描述流域水文变化特性,从物理意义上表达流域内的水文过程,但众多不确定的参数影响了模型的应用效果,因此有必要对参数进行敏感性分析。将SWAT模型应用到祁连山黑河上游山区流域,进行了11年(1990-2000年)逐日径流模拟,通过一个简便的敏感性分析方法,将模型影响水文过程的参数分成4类敏感级别,最后确定模型的参数。在11年的逐日模拟中,1990-1995年为参数敏感性分析期和模型率定期,1996-2000年为模型的检验期,模拟结果显示,在黑河山区流域,丰水年逐日出山径流的模型效率系数R2达到0.8以上,平水年和枯水年R2在0.51~0.79之间。     

基于E-FAST的流溪河模型参数敏感性分析

基于E-FAST全局定量敏感性分析方法的思想,提出一个针对分布式物理水文模型——流溪河模型的参数敏感性分析方法,包括参数简化及取值范围确定、参数采样及采样次数的确定、敏感性评价指标的选取、参数敏感度计算4个部分.针对我国4个不同规模的流域(黄龙带水库流域、流溪河水库流域、长湖水库流域和新安江水库流域)开展了分布式物理水文模型参数敏感性分析,并采用4种不同的评价函数进行了对比计算.结果表明,流溪河模型饱和含水率和田间持水率是高度敏感参数,饱和水力传导率、土壤层厚度、土壤特性系数、边坡和河道糙率为敏感参数,其他参数为不敏感参数.     

不同尺度流域月径流模拟对比与敏感性分析——以西江流域为例

通过新安江月径流模型耦合加速遗传算法对西江流域3个不同尺度子流域——新兴江流域(1 790 km2)、罗定江流域(3 164 km2)和贺江流域(8 326 km2)进行了模拟,同时对模型参数进行了敏感性分析.结果表明:1)在模型参数较多的情况下,用加速遗传算法能很快找到最优化参数,通过参数的初始区间的合理设定可以使参数值达到全局最优,并且使其符合参数的实际取值情况;2)在1 000～9 000 km2流域面积内只有1个气象站的情况下,利用新安江月径流模型模拟的Nash-Sutcliffe效率系数为65%以上;3)降雨径流的相关性越强,则模拟精度越高;4)20世纪80年代后,罗定江流域径流的变化主要受降雨的影响,人类活动影响相对其他2个子流域弱;5)新安江月径流模型的敏感参数为蒸发系数K、地下水出流系数KG、地下水消退系数CG和自由水蓄水容量SM(0～10),参数的取值范围会影响到模型参数的敏感性;异参同效仍然是流域水文模型的不确定性的一个重要方面,GLUE方法能够反映这一点.     

基于大型水库调节的晋江流域洪水模拟

为了进一步改善流域洪水空间变化与水库调节影响的模拟,应用分布式水文模型HEC-HMS,在考虑大型水库调节模拟的基础上,对东南沿海晋江流域的暴雨次洪进行多站点率定模拟分析。选取1972~1979年晋江流域15场特大暴雨洪水,以洪峰误差、洪量误差、峰现时间、效率系数为评价指标,进行10场参数率定和5场模型验证。安溪、洪濑、石砻三个水文站在模型率定期的平均效率系数分别为0.892、0.895、0.921,验证期的平均效率系数分别为0.866、0.822、0.853,模拟效果较好,精度较高。结果表明:利用多站点模拟的方法,可以从流域尺度上更客观地率定模型参数,改善模型的模拟效果;初损率与起涨流量相关性显著,为模型洪水预报应用时初损参数的确定提供重要依据;山美水库的径流调节对洪濑站和石砻站的模拟结果具有显著影响。     

不同尺度流域月径流模拟对比与敏感性分析——以西江流域为例

通过新安江月径流模型耦合加速遗传算法对西江流域3个不同尺度子流域-新兴江流域(1 790km2)、罗定江流域(3164km2)和贺江流域(8 326km2)进行了模拟,同时对模型参数进行了敏感性分析.结果表明:1)在模型参数较多的情况下,用加速遗传算法能很快找到最优化参数,通过参数的初始区间的合理设定可以使参数值达到全...     

流域非点源污染模拟研究--以滇池流域为例

流域的水质管理是一个多步骤的过程,数学模型以其定量计算和动态操作在流域管理中起着重要作用。本文利用美国EPA开发的HSPF(HydrologicalSimulationProgramFortran)模型,选取云南滇池流域作为案例,给出非点源污染模型流域水文水质的模拟过程。首先在子流域划分的基础上,完成数据库的建立。参数估值主要依据流域性质、先前经验值、其他模拟研究和文献中的取值。参数优化、模型校正和模拟验证是采用流域河流出口流量和污染物浓度值完成。最后用校正后的模型计算了滇池流域河流入湖流量及各子流域污染总负荷量与非点源污染负荷量。     

水文循环模拟中下垫面参数化方法综述

针对水文循环模拟中地形、土地利用覆被等流域下垫面参数化方法众多,且模拟效果相差较大的现状。本文首先根据水文循环模拟中产汇流原理,对常用水文循环模拟中产汇流模拟方法进行汇总和分类;在此基础上,对产流模拟中的降水径流相关系数法、蓄满产流和超渗产流等及汇流模拟中的等流时线、单位线、圣维南方程、马斯京根法等主要模拟方法中地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法进行分析和讨论;根据其中流域地形、土地利用覆被和土壤类型参数化方法对机理过程的描述程度,将其分为无明确表示类、率定型参数类、确定型参数类、物理过程表达类;进而阐明不同参数化方法中流域地形、土地利用覆被和土壤类型对水文循环模拟结果的响应和贡献。最后回归模型本质,阐述水文循环模拟中流域下垫面参数化方法中存在经验关系对复杂机理简单表述的合理性和物理机理过程描述的欠缺性问题,并预估未来水文循环模拟中下垫面参数化方法朝着简洁实用化和复杂机理化两个方向发展。     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

鄱阳湖流域水沙时空演变特征及其机理

运用改进的Mann-Kendall(M-K)趋势与突变检验以及线性回归分析等方法,系统分析了鄱阳湖流域的赣江、抚河、信江、饶河和修河等五大支流的5个主要水文控制站(外洲、李家渡、梅港、虎山、万家埠)1956-2005年的水沙序列,在系统搜集流域内水库信息的基础上,深入探讨了流域内水沙变化的原因.研究结果表明:(1)鄱阳湖流域各支流的水沙变化特征相异;除李家渡站径流无明显变化外,其余4站都有增加趋势(但未达到95%的置信度水平1.五大支流的输沙量变化比较复杂,外洲站、李家渡、梅港站和虎山站的输沙量在1985年以后减少的趋势显著,而万家埠站的输沙量直到1999年才开始减少;(2)森林覆盖率对输沙量变化的影响远远大于其对径流变化的影响,森林对减少湿季径流量的作用不明显,但对枯季径流量增加的影响显著.(3)水利设施(尤其是水库)对五大支流的水沙变化影响很大,尤其对输沙量的影响最为明显,这也是鄱阳湖流域大部分水文观测站输沙量减少的主要原因.     

人类活动对鄱阳湖泥沙收支平衡的影响

以鄱阳湖流域内的赣江、抚河、信江、饶河和修水（五河）和鄱阳湖为研究对象,利用水文控制站的水文资料,分析了各流域内主要河流的入湖泥沙和鄱阳湖出湖泥沙特征,对鄱阳湖泥沙收支平衡进行了分析。结果表明：① 1955~2010年五河总入湖泥沙811.69 Mt,其中赣江（占59.7%）>信江（占13.7%）>修河（占10.2%）>抚河（占9.7%）>饶河（占6.7%）;② 径流量是影响入湖输沙量的最主要因素,入湖泥沙与入湖径流的季节特征一致;③ 水库的蓄水拦沙作用是五河入湖泥沙下降的主要原因,但水库对入湖泥沙的影响强度与水库库容和集水区的植被覆盖状况有关;植被覆盖变化对赣江、抚河、饶河和修河的入湖输沙量的影响明显;④ 1955~2010年,鄱阳湖总出湖泥沙560.10 Mt,其中1955~2000年出湖泥沙量呈降低趋势,但受鄱阳湖采砂影响,2001年以来出湖泥沙显著增加;丰水季长江水对鄱阳湖的顶托和倒灌,使出湖泥沙与出湖径流在时间上不同步;三峡工程的运行改变了（长）江（鄱阳）湖之间的水动力关系,长江倒灌泥沙显著减少;⑤ 受鄱阳湖采砂的影响,鄱阳湖泥沙平衡系统由净沉积转变为净侵蚀,1955~2000年入湖泥沙大于出湖泥沙,年均泥沙沉积约为1.41 mm;2001~2010年出湖泥沙大于入湖泥沙,加上采砂输出沙量,2001~2010年鄱阳湖泥沙净减少2 213.65 Mt。     

Growing impacts of low-flow events on vegetation dynamics in hydrologically connected wetlands downstream Yangtze River Basin after the operation of the Three Gorges Dam

Wetland vegetation is intimately related to floodplain inundations, which can be seriously affected by dam operation. Poyang Lake is the largest floodplain wetland in China and naturally connected with the Yangtze River and the Three Gorges Dam(TGD) upstream. To understand the potential impacts of TGD on Poyang Lake wetlands, we collected remote sensing imagery acquired during dry season from 1987 to 2020 and extracted vegetation coverage data in the Ganjiang Northern-branch Delta(GND) and the G...     

鄱阳湖水文特征动态变化遥感监测

鄱阳湖是中国第一大淡水湖,对鄱阳湖的水文变化进行持续监测可以为流域内生态环境变化提供基础数据,有利于研究其与长江和流域内河流的交互关系,更好地服务于陆面过程模式和水资源管理。本文利用卫星测高数据反演的鄱阳湖水位数据与MODIS数据结合,对鄱阳湖2000—2015年的水位、水域面积和水量变化进行研究,并通过水量平衡模型,推导出了同期长江—鄱阳湖的水量交互。研究发现,2000—2015年鄱阳湖面积呈现波动性变化,最大水域面积为3600 km ²,是最小水域面积482 km ²的7.5倍。2004年、2007年、2009年和2011年水域面积比较低,2012年后形势好转。每年1月、2月、12月份是鄱阳湖干季,水域面积低至500 km ²,湖口处水位可低至4.71 m,湖面从南往北倾斜,南北水位差异达2.59 m。相对于2000—2015年最低水量,干季时湖泊水量平均增加量为3 km ³。每年6—9月份是鄱阳湖的湿季,水域面积一般大于2670 km ²,水位高于15 m,南北水位差异不大,相对于2000—2015年最低水量,湿季时湖泊水量平均增加量为12 km ³。2000—2015年鄱阳湖流入长江的水量范围为-7~40.66 km ³,每年有93.33%的时间水流从鄱阳湖流入长江。流入长江的水量多少具有明显的季节性,通常5月、6月流入长江的水量高于7月、8月,主要因为7月、8月长江中上游降水增加,长江干流来水增多,对鄱阳湖湖水倒灌有一定的顶托作用。     

鄱阳湖湖区核心生态系统服务功能空间辨识

根据千年生态系统评估提出的评估概念框架,考察鄱阳湖湖区生态系统服务功能的形成机理,构建了鄱阳湖湖区生态系统服务功能表征指标体系,并利用多主题1km栅格成分数据模型,采用主成分分析法提取了鄱阳湖湖区核心生态系统服务功能综合表征指标。在此基础上,通过空间聚类分析,形成了鄱阳湖湖区生态系统服务功能分区,实现了各分区单元上生态系统服务功能的空间辨识。研究结果表明,鄱阳湖湖区核心生态系统服务功能包括了支持功能、供给功能、调节功能和文化功能,它们在空间上的排列组合形成了鄱阳湖湖区的10个生态系统服务功能分区,本文辨识了鄱阳湖湖区精细栅格水平上核心生态系统服务功能之间的差异及其空间分异特征。本研究提出的生态系统服务功能分区及其空间辨识方案,为鄱阳湖湖区生态系统服务功能的开发与保育提供决策参考信息。     

近50年鄱阳湖流域径流变化特征研究

利用鄱阳湖流域1955-2003年3个主要水文站(外洲、李家渡、梅港)月径流实测资料,采用统计方法和小波方法,分析近50年该流域径流的年内、年际和周期变化特征.结果表明:鄱阳湖流域年内最大径流主要出现在4月、5月或6月;就季节变化而言,春季径流量最大,夏季次之,秋季和冬季较小.径流年际变化在开始较长时段呈增长趋势,1998年出现转折,之后递减,下降速度略低于前期增长速度.外洲等3水文站存在25～26 a的第一主周期,8 a和3～4 a的次主周期,周期变化基本一致.通过对相应影响因素的分析,发现该流域径流变化是气候、流域覆被和水利工程等多种因素共同作用的结果,而气候因素中的降水和蒸发起着主要作用.     

基于“湖泊效应”的城市经济影响区空间分异模型及应用——以环鄱阳湖区为例

基于"湖泊效应"假设与城市空间结构理论,提出了湖泊影响周围城市经济的理论模型,并以环鄱阳湖区为例进行实证分析。研究显示,在鄱阳湖影响下,环鄱阳湖区城市分布密度和交通网络密度都随距湖距离变化而呈现出先逐渐增大继而逐渐减小的趋势,但随距离进一步增加,城市分布密度和交通网络密度又呈增大趋势,由此根据极值原理和专题属性将环鄱阳湖区划分为3个城市经济影响区。可见,该模型不仅可以从理论上解释湖泊如何影响周围城市经济区空间分异,而且可以提供一个定量分析模型加以推广。     

气候变化和人类活动对信江流域径流影响模拟

以1960―1990年为基准期、1991―2005年为影响期,使用HSPF（Hydrological Simulation Program-Fortran）水文模型定量分析了影响期气候变化和人类活动对信江流域径流的影响及其各自的贡献率。结果表明：1）相对于1960―1990年,1991―1995、1996―2000年的年平均径流深分别增加了271.9和246.3 mm,2001―2005年的年平均径流深减少64.1 mm。其中,气候变化对径流的影响分量在65.6%~88.0%之间,人类活动对径流的影响分量在12.0%~34.4%之间。2）人类活动对极值流量有影响。在影响期,年最大7 d平均流量和最大15 d平均流量模拟值大于对应的实测极值流量。3）在气候变化因子中,流域降水量的增加,是引起20世纪90年代信江流域径流显著增大的主要原因,其次是蒸发量的下降;人类活动包括植树造林、城市化以及水利工程修建,是影响流域径流变化的次要原因。     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域入湖输沙量影响的定量估算

采用HydroTrend水文模型,以鄱阳湖流域的赣江、抚河、信江、饶河和修水为研究对象,基于1956-2010年鄱阳湖流域气候数据、水沙数据及其他相关资料,分别模拟了5个子流域的入湖水沙通量变化。在此基础上,探讨了气候变化、植被覆盖变化和水库修建活动对输沙量变化的影响,并定量估算了上述因子对流域输沙量变化的贡献。结果表明：① 1956-2010年,气候、植被和水库三种因子影响下的流域年均输沙量分别为15.5 Mt、20.8 Mt、8.5 Mt,而三种因子共同影响下的流域年均输沙量达到12.6 Mt。② 1956-2010年,植被覆盖变化使流域年均输沙量增加4.2 Mt,而水库拦截造成流域年均输沙量减少8.2 Mt,两者分别占实际年均输沙量的32.4%和63.2%。③ 1956-1989年,植被覆盖变化导致的输沙增加量和水库修建拦截导致的输沙减少量均为5.1 Mt/a,两者对流域输沙量贡献持平;1990-2010年,水土流失加重导致的输沙增加量和水库拦截导致的输沙减少量分别为2.7 Mt/a和13.3 Mt/a,水库对入湖输沙量的影响效应是植被覆盖变化的5倍左右。     

鄱阳湖流域水文变化特征成因及旱涝规律

本研究分析了1960-2008年鄱阳湖流域的气候和水文变化特征,用水量和能量平衡关系解释和印证了这些特征,并由此揭示了鄱阳湖流域水文变化特征的成因及干旱和洪涝发生的规律.得到以下主要结论:1)正常或偏湿年份鄱阳湖流域6月份容纳水量能力已达到饱和,若6-7月降水量超出正常年份,则流域超饱和,洪涝发生.长江中上游降水量7月份的异常偏多会对鄱阳湖流域的洪涝起触发和强化作用.2)鄱阳湖流域7-10月蒸发量大于降水量,特别是7-8月蒸发量大于降水量的一倍以上,所以若4-6月流域降水量少于平均年同期量的20％以上,则累积效应使秋旱发生.当初冬(11月)降水偏少时,秋旱可持续到来年的初春,形成严重的春旱.长江中上游降水量对鄱阳湖流域的春旱没有直接影响,但7-8月降水量偏少时则对秋旱起重要的强化作用.3)长江对鄱阳湖流域的水文过程和旱涝的发生、发展的影响主要在7-8月的“长江与鄱阳湖耦合作用”时期和9-10月的“弱长江作用”期.