滦河潘家口水库控制流域水量与污染物负荷模型构建及率定

由于水质时空监测资料缺乏,采用水文水质模型模拟的方式揭示污染物负荷的主要贡献是流域管理的重要手段。本文以滦河潘家口水库控制流域为研究背景,根据水文气象、下垫面及水质监测等数据,构建了流域SWAT水文水质模拟模型,采用实测径流和水质监测资料对模型进行参数率定和验证,结果表明：径流模拟的R²和NSE均大于0.50,尤其是潘家口水库入库径流模拟的精度在0.79以上。各水质监测断面TP模拟的R²在0.57以上,TN模拟的R²在0.61以上,说明构建的SWAT水文水质模型能够反映流域水文过程及污染物迁移转化过程,研究结果可为潘家口水库污染物来源分析及水资源管理提供科学依据。     

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。     

CMADS降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域适用性——以潮白河、东洋河流域为例

为探究中国气象同化驱动数据集（CMADS）降水数据在温带东亚季风气候区水库控制流域情景下水文模拟中的适用性,选择SWAT （soil and water assessment tool）模型为研究工具,分别以CMADS降水数据与年鉴实测降水数据为模型输入项,以水文站实测月径流资料对模型模拟结果进行参数率定及验证,对潮白河流域有水库、无水库控制情形下水文径流进行模拟,并对东洋河流域有水库控制情形下以CMADS降水数据作为模型输入项进行了水文径流模拟。结果表明：在潮白河流域无水库控制的支流潮河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²（决定系数）分别为0.64、0.83,E_NS（纳什系数）分别为0.64、0.83,验证期模型R²分别为0.61、0.83,E_NS分别为0.58、0.60;在潮白河流域有水库控制的支流白河水系,CMADS降水数据和实测降水数据支撑下的模型在率定期R²分别为0.89、0.87,E_NS分别为0.87、0.86,验证期模型R²分别为0.61、0.67,E_NS分别为0.61、0.65;在东洋河有水库控制流域,CMADS降水数据支撑的模型率定期R²=0.84,E_NS=0.78,验证期R²=0.87,E_NS=0.85。说明CMADS降水数据在有水库、无水库控制流域情景下的水文模拟中均具有较好的适用性。因此CMADS降水数据可以用于温带东亚季风气候区水库控制流域水文模型的建立。     

东北寒区SWAT模型融雪径流空间异质性参数率定方法及应用——以白山流域为例

融雪水是东北地区春季径流的重要来源,融雪径流过程的可靠模拟及预报可为科学管理和调度春汛期水资源提供参考。东北寒区年度内存在融雪径流和降雨径流两种产流模式,流域物理空间属性差异对融雪径流产流模式影响显著,为了解决东北寒区融雪径流空间异质性问题、提高SWAT模型模拟及预报精度,提出对SWAT模型采用单站点和多站点联合参数率定的策略。首先,利用白山水库入库流量进行单站初步参数率定,进而,采用多站点对融雪径流参数进行率定,并将该参数移植到单站初步率定参数集。结果表明：单站初步参数率定后模拟得到年度(1—12月)、夏季汛期(6—9月)、春季融雪期(3—5月)验证期月尺度确定系数(R²)分别为0.76、0.74和0.58,日尺度R²分别为0.71、0.75和0.51;单站和多站点联合参数率定后模拟得到年度、夏季汛期、春季融雪期验证期月尺度R²分别为0.80、0.74和0.79,日尺度R²分别为0.74、0.78和0.61。在月尺度和日尺度上,单站和多站点联合参数率定较单站参数率定后春季融雪期的模拟精度分别提高了...     

基于SUFI-2算法和SWAT模型的妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

敏感性分析和不确定性分析是分布式水文模型参数校准和模型应用的基础。本文以妫水河流域为例,基于SWAT模型和SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析,结合手动调参和自动率定,通过SUFI-2的P因子和R因子进行模型不确定性分析,构建妫水河流域分布式水文模型。本次妫水河流域月尺度模拟中:率定期,确定系数R2=0.59,效率系数NSE=0.56;验证期,确定系数R2=0.82,效率系数NSE=0.80;P因子均大于0.5,R因子均小于0.5。结果表明,妫水河流域SWAT模型水文模拟效果较好。     

SWAT模型在海拉尔河流域径流模拟中的应用研究

以海拉尔河上游流域作为研究区域,基于Arc GIS构建SWAT分布式水文模型对流域水文过程进行模拟,通过对流域的基础数据整合,模型采用1999~2003年实测径流数据进行参数率定,将2004~2010年实测径流数据作为模型的验证期,对模型在海拉尔河上游的适用性进行研究。通过对月和年径流模拟值和实测值的比较,率定期和验证期的Nash系数Ens和相关系数R2分别在0.861~0.873和0.877~0.899之间。基于这两个评价标准可知:SWAT模型在海拉尔河上游流域有良好的适用性,可以为该流域的水资源管理提供依据。     

ESSI分布式水文模型在淮河流域的应用

以淮河小柳巷水文站以上各支流组成的流域为研究对象,应用ESSI分布式水文模型对流域出口的年、月、日径流以及流域水文空间过程进行模拟以验证模型的适用性和模拟精度。选取合理的模型运行方案组合,以2001~2004年作为模型校准期,率定出模型参数,并用2006~2009年的实测水文数据进行模型验证。结果表明ESSI模型率定得到的参数在研究区具有一定的代表性,较为准确地概化描述了研究区的水文过程,在淮河流域中上游具有良好的适用性;此外,模拟的水文空间过程与淮河流域的客观规律相近,表明ESSI模型对各水文过程具有合理的描述和表达,为水资源的时空动态变化规律研究提供良好的模拟平台。     

赣江流域TRMM遥感降水对地面站点观测的可替代性

多卫星遥感降水产品为无/缺资料地区的水文过程模拟提供了新的数据来源。结合地面高密度雨量站网,在中国典型暴雨区赣江流域定量评估两种TRMM降水产品(3B42V7和3B42RTV7)的精度,并通过耦合分布式水文模型CREST,探讨了水文模拟中TRMM卫星降水产品对地面观测降水的可替代性。研究表明:3B42和3B42RT与地面观测流域平均月降水相关系数达到0.9以上,偏差在5%以内,日尺度上相关性略差,偏差略有增加。同时设计2种水文模拟对比试验:情景I为静态参数,使用地面雨量站降水率定模型参数,采用卫星降雨验证模型;情景II为动态参数,采用卫星数据重新率定模型参数,再利用卫星降雨验证模型。对比结果表明:情景II中完全使用TRMM降水后模型效果明显改善,证明TRMM卫星数据在赣江流域具有替代地面站点观测的潜力,但需要重新根据卫星降雨率定模型。     

基于SWAT模型的资水流域径流模拟

以资水流域柘溪水库以下区域为研究对象,基于构建的分布式水文模型SWAT对水文过程进行模拟。在地面高程、土地利用、土壤、气象等数据预处理的基础上,采用2010~2011年实测径流数据进行参数率定,采用2012年实测径流数据进行模型验证,对模型在研究区的适用性进行研究。通过对径流模拟值和实测值的比较,月径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.93以上和0.91以上,日径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.78以上和0.70以上。基于这两个评价标准可知SWAT模型在资水游流域有良好的适用性,可为流域内拟建桃花江核电厂的取水安全分析和水环境影响评价提供技术支持。     

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。     

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

大凌河流域MIKE BASIN水资源模型

Mike Basin模型是一个集总式综合河网模拟系统,与GIS系统全面链接,具备清楚的数据与模型结构,支持水资源综合管理的参与式对话和矛盾解决方案。它由两个模型单元组成:水文模型(NAM)和水资源分配模型(MIKE BASIN)。它是认识和分析流域水资源状况,进行流域水资源综合管理规划十分重要的工具。本文从模型数据的需求、分析与应用以及参数的率定,较详细地阐述了大凌河流域MIKE BASIN水资源模型的建立过程,为其他用户进行模型的建立提供了借鉴。     

基于空间信息技术的高原冰川区班公湖流域研究

本文选取班公湖流域为研究对象,结合分辨率为30m的ASTER GDEM数据,使用Arc Hydro Tools软件中的水文分析和DEM修正模块,对流域水文特征进行提取,并在此基础上讨论河网提取准确性并分析班公湖流域分布特征。结果显示,班公湖流域面积约为3.32×104km²,我国境内部分约为3.06×104km²,约占总面积的92.13%。我国境内的玛卡藏布和多玛河是流域内产流情况较好的补给水源,也是维护班公湖湿地生态平衡的重要保障,因此,要加强这些流域综合治理和水资源合理开发,以促进湖泊流域生态持续发展。     

基于SWAT模型的径流还原方法研究—以大汶河流域为例

在现有下垫面条件下还原天然径流是水资源配置的重要基础性工作。利用SWAT分布式水文模型进行径流还原计算。以大汶河流域为例,选取流域内受人类活动影响较小、能大致反映流域天然径流情况的雪野水库、黄前水库以及东周水库所控制的3个子流域,采用SUFI-2方法进行模型参数率定、验证和不确定性分析;根据就近性与相似性原则,进行全流域参数展布,并通过Arc SWAT2012分析计算大汶河流域内泰安市各分区地表水资源量。结果表明:3个典型子流域的P-factor均大于0.64,Rfactor均小于0.72,率定期和验证期的相关性系数和纳什效率系数均高于0.77,径流模拟值和实测值拟合程度高。通过SWAT模型还原天然径流是可行的。     

新安江模型参数的线性化率定

为了解决一般概念性水文模型参数率定结果不稳定的问题,以新安江模型为例,提出了新安江模型日模参数的线性化率定方法。首先通过理想模型将该方法与SCE-UA方法及单纯形方法进行对比研究。率定结果中3种算法所获得的平均目标函数值分别为0.02、0.10、8.39 m³/s,平均循环次数分别为8、637、327,而且由线性化率定方法所获得的各参数值方差也要比其他2种方法小得多;说明线性化率定方法能够找到参数真值,计算精度和效率更高,率定结果更稳定。然后采用建阳和长滩河2个流域的实测资料对该方法进行应用检验,结果表明,同样可以较快地率定出稳定的模型参数优值。建阳流域的10组率定结果的目标函数值皆为100.35 m³/s,循环次数也皆在8次以内,而且2个流域检验期的径流深相对误差皆在9.68%以内,确定性系数皆在0.819以上。因此,线性化参数率定方法确实能够解决非线性模型参数率定结果不稳定的问题,不会产生不相关的局部参数优值,并且不受参数初值影响,计算精度高,循环次数少,是一种可行有效的全局优值参数优选方法。     

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息（δ¹⁸O）与冰川流域水文模型FLEX^G相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模（FLEX^G-iso）,并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明：模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEX^G-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。     

基于PCRaster的流域非点源氮磷负荷估算

以太湖流域上游的西笤溪流域为研究区,应用动态环境模拟语言PCRaster构建月水文和氮磷营养物质输出模型,分析流域内氮磷输出的时空分布特征。以输出系数法为基础,将分布式水文模型与非点源负荷模型相结合,应用地理信息技术构建基于栅格的非点源污染模拟模型,根据1988~2007年的水文、水质实测数据对模型进行率定和验证,定量分析西笤溪流域非点源污染负荷量与氮磷输出的空间分布。研究结果显示:基于单元网格的月水文模型在该流域具有较好的应用效果,率定和验证期的Nash系数和线性相关系数R2均超过了0.80。应用模型估算西笤溪流域非点源污染2002~2005年总氮年输出量为1 670~2 035t/a,2002~2007年总磷输出量为102~164t/a。氮磷负荷的空间分布表明以稻麦或水稻/油菜轮作的农田是非点源污染的最主要来源。     

干旱区资料稀缺流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程。以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入。利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证。结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关。     

干旱区资料稀缺法流域日径流过程模拟

选取具有物理基础的分布式水文模型MIKE SHE来模拟大尺度资料稀缺地区水文过程.以塔里木河主要源区之一开都河流域为研究区域,将流域内气象水文站点观测数据与遥感数据相结合,运用GIS空间分析方法修正数据输入.利用气象、土壤类型、土地利用和地表覆盖、数字高程和降雨等资料,研究大气、陆面、地表水和地下水的相互作用机理,通过模型敏感性分析确定了5个"自由"参数,并依据出山口水文站数据对模型进行率定和验证.结果表明,MIKE SHE能在水文、气象站点稀少,土壤及水文地质数据缺乏的条件下,模拟开都河流域的日径流过程,模型效率系数达到0.7以上,率定期与验证期水量平衡误差均小于3%,模拟径流与实测径流高度相关.     

东北半干旱地区流域分布式水文模拟——以洮儿河流域为例

以东北半干旱地区典型流域-洮儿河流域为研究对象,应用SWAT模型对流域水文过程进行了模拟研究;选择流域上游子流域和中下游子流域分别进行参数敏感性分析,识别出影响模拟结果的敏感参数,研究发现部分参数敏感性存在空间变异性,分析主要原因在于气候和下垫面的空间异质性导致了流域上下游产流模式存在差异。采用1988-1997年水文气象数据进行模型率定和验证,结果表明：干流水文站月流量过程率定期Nash-Sutcliffe 效率系数平均值为0.78,验证期为0.72,相关系数都达到0.86以上,水量误差大多在20%以内,对日过程的模拟也有较高的精度;枯水年模拟结果较差,主要是因为流域降水站数量不够,难以反映降水的时空分布。对于水文、气象等资料相对缺乏的东北半干旱地区,SWAT模型的模拟结果总体令人满意,可以应用于与流域径流相关的各种模拟分析,研究成果对进一步加强洮儿河流域水资源综合管理提供了依据和手段。