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。     

喜马拉雅山珠峰绒布冰川流域径流模拟

基于2009年5-10月喜马拉雅山北坡珠峰绒布冰川流域实测水文气象数据、 50 m分辨率DEM和中国第一次冰川编目资料, 在HYCYMODEL水文模型中加入冰川消融子模块, 模拟了绒布冰川流域径流过程.冰川消融子模块以海拔5 180 m基站的实测日气温、 日降水作为模型输入, 把气温、 降水插值到该流域40个高程带中, 分别计算各高程带的冰川消融和裸地蒸发, 并考虑液态降水对冰面的加热作用.野外气象观测表明: 2009年5-10月流域海拔5 180~5 750 m内, 月气温递减率在0.63~0.73 ℃·(100m)^-1之间, 均值为0.70 ℃·(100m)^-1; 同期降水观测显示, 海拔5 180 m以下降水梯度为-7.3 mm·(100m)^-1, 该高度之上降水梯度为22 mm·(100m)^-1. HYCYMODEL水文模型的敏感性检验表明, 该流域径流变化主要受气温影响, 降水变化引起的径流变化较小, 气温和降水变化对流域径流的影响是非线性的.     

基于SWAT模型的天目湖流域径流模拟分析

SWAT模型作为一种分布式水文模型已被国内外学者广泛应用于流域尺度的水文模拟分析。本文以天目湖流域为研究区,用DEM、土地利用等空间数据及CMADS中的气象数据等属性数据,在SWAT-CUP中通过率定、验证等方法,对该流域2009-2018年的径流进行了模拟。本次率定的决定系数R²为0.68,Nash-Suttcliffe效率系数NS为0.66,验证的R²为0.70,NS为0.65。率定和验证的两个评价参数都大于0.5,说明本次模拟结果较好,对天目湖流域内总磷、总氮等污染物的模拟数据进行分析是可行的,这可为当地的水资源规划和水资源可持续发展提供参考。     

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。     

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。     

耦合SWAT与RIEMS模拟黑河干流山区径流

以黑河干流山区为研究区,采用1：100 000植被类型图、1：1 000 000土壤类型图和气象水文观测数据,耦合SWAT水文模型与RIEMS高分辨率区域气候模式,模拟1995-2010年月径流变化过程,探讨水文模型气象驱动数据的优化方法和气候水文模型耦合的区域适宜性。RIEMS气候模式输出精度较高,降水、温度、湿度、风速的相关系数均在0.80以上,均通过了0.01显著性水平检验,时空分辨率达到6 h和3 km。构建虚拟气象站点,弥补气象观测站点稀少且分布不均匀的不足,对水文模型气象驱动数据进行优化;遵循多时间尺度、多变量和多站点的原则来校准模型。结果表明,径流模拟值与观测值的过程趋势拟合程度较好,NSE均在0.60以上,PBIAS介于±20%之间,R²达到0.70以上。径流模拟在枯水期表现较好,在丰水期存在一定的误差,主要是受降水驱动数据偏高的影响,气候模式模拟能力需要提高,水文模型空间插值方法和气候水文模型耦合方案需进一步完善。总体来看,耦合SWAT模型与RIEMS模式能够较好地模拟黑河干流山区水文过程,可为流域水资源的预测和管理提供科学依据。     

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。     

分布式水文模型DHSVM在西北高寒山区流域的适用性研究

分布式水文-土壤-植被模型（Distributed Hydrology Soil Vegetation Model,DHSVM）是基于栅格离散的分布式水文模型,对地表水热循环的各个过程能进行很精细地刻画,被广泛应用于世界各地很多类型的流域的高时空分辨率的水文模拟,然而它在高寒山区的适用性并不清楚。基于300 m数字高程模型,应用DHSVM模型对典型的高寒山区流域八宝河流域2001-2009年的水文过程展开模拟,并采用流域出口祁连站的水文实测数据对模型进行了精度评价。参数敏感性分析表明,土壤横向导水率、田间持水量和植被反照率等是该区域主要的敏感性参数。模型默认参数会高估高寒山区流域的潜在蒸散发量,导致夏季径流量远小于观测值。通过参数率定,模型校准期（2001-2004）的模拟日径流和月径流Nash效率系数分别达到0.72和0.87;而模型验证期（2005-2009）分别为0.60和0.74。结果表明,DHSVM模型基本具备了模拟高寒山区流域降水-径流过程的能力。然而,由于DHSVM模型缺少对高寒山区流域土壤的冻融过程的刻画,春季径流的模拟精度明显受到影响,需要在将来重点改进。     

基于反射光谱的珠江口咸潮遥感方法

为监测珠江口河网区水体的盐度变化,基于同步测量的水体黄色物质、盐度和水体表面光谱数据,利用MATLAB分析了水体光谱反射率和黄色物质浓度之间的关系。结果表明:在磨刀门水道,反射率与黄色物质在400nm处的吸收系数g₄₀₀有较好关系,在R₇₀₄/R₅₁₃处,R²=0.70;在虎门水道,g₄₀₀与反射率比值R₇₀₃/R₄₈₈之间也有较强的负相关,R²=0.58。同样,又分析了磨刀门和虎门水道黄色物质吸收系数与表面盐度的关系,都发现了较好的相关性,R²>0.67。根据以上分析,得到了一种珠江口河网区水体表面盐度监测的新方法,并采用中等分辨率成像光谱仪(MERIS)的模拟数据来进行模型验证,结果表明利用MERIS数据对珠江口河网区咸潮进行监测是可行的(均方根误差小于0.308%)。     

天山典型流域水文多要素模拟与气候变化影响预估

天山区域地形多变,景观异质性强,水文过程极其复杂,全球变化对该地区水安全带来新的挑战和更大不确定性。亟需通过流域水文模型系统定量模拟和预估天山典型流域水文过程,以更好地支撑区域发展。本研究基于改进的FLEX^G-Δh模型,定量模拟了天山4个典型流域的历史径流过程,并预估了流域内2 282条冰川物质平衡和面积的未来变化,进一步通过情景模拟分析了各海拔高程带径流等水文多要素的响应机制。研究发现:(1)FLEX^G-Δh模型对历史径流过程具有较高模拟精度,率定期平均Kling-Gupta效率系数(I_KGE)为0.75,检验期平均I_KGE为0.60。(2)随海拔上升,径流量和蒸发量呈现先增后减趋势,最大值分别出现在海拔4 000 m和2 000 m,并分别受冰川覆盖和植被分布影响。(3)未来到2100年,低于4 500 m海拔的冰川消融明显。在SSP1-RCP2.6和SSP5-RCP8.5情景下,研究区内分别有145和222条冰川完全消融,冰川总体积分别减少1.81×10⁴ km^...     

SIMHYD模型在松花江流域应用的适应性分析

近年来,概念性水文模型在水文预报中得到了广泛应用,为探讨SIMHYD模型在松花江流域应用的适应性,为其汛期的防洪控制、水库调度提供依据,本文选择嫩江流域上游石灰窑断面和第二松花江流域白山断面汛期(6—9月)的日径流过程进行模拟。计算结果表明,SIMHYD模型在松花江流域的应用中存在区域性差异:在嫩江流域上游石灰窑汇水区,率定期的纳什系数为0.501,验证期的纳什系数为0.158,模型应用的适应性较差;在第二松花江流域白山汇水区,率定期的纳什系数为0.777,验证期的纳什系数为0.729,模型应用的适应性优良。模型对于洪峰处的模拟存在较大误差,主要原因在于该模型没有考虑到产流时空分布不均及河道汇流计算过程。     

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。     

东亚和南亚夏季风对中国季风区径流深影响

为揭示中国东部季风区径流深对东亚和南亚夏季风变化的响应规律,建立了八大流域VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型以及应用了Mann-Kendall和局部加权回归分析(Locally Weighted Scatter Plot Smoothing, LOWESS)相关性检验方法,并分析了径流深系数空间变化情况。结果表明:东亚夏季风与径流深显著性相关范围要明显大于南亚夏季风,主要位于长江流域以北和松花江流域以南的广大地区以及华南部分地区,并分别成正相关和负相关;而南亚夏季风与径流深显著性正负相关的区域则分别位于华南地区及长江流域上游部分地区。此外,季风区径流深系数空间差异明显,易产流区主要位于长江流域及东南沿海地区,而黄河及海河流域则产流较难。因此,对东亚及南亚夏季风的研究可为预测中国东部不同地区的水文过程及水资源变化提供重要的科学参考。     

潮白河流域降水演变及其径流效应

分析了潮白河流域1991~2000年降水资料时空演变规律,采用同倍比放大法对各年的降水数据进行整体轮换处理,处理后各年总降水量为1991~2000年的平均年降水量。随后基于GBHM(Geomorphology-Based Hydrological Model)模型进行了10年径流量模拟。结果显示,在降水总量相同的情况下,1994年型降水时空分布最有利于产流,径流总量与峰值流量最大,1999年型径流总量与峰值流量最小。1994年型径流总量是1999年型径流总量的3.88倍;1994年型峰值流量是1999年型峰值流量的35.87倍。由此可见,降水总量相同时,其时空分布对径流总量和峰值的影响极大。     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。     

Runoff Change in Taizihe River Basin Under Future Climate Change Based on HBV Model

Taking the Taizihe River Basin located in Liaoning Province as a study area, we applied HBV hydrological model to simulate the hydrological process of this river basin with the support of observed daily precipitation, mean temperature, hydrological data in Xiaolinzi hydrologic station, and global digital elevation model data from SRTM3, land utilization types, etc. According to the simulation results of daily runoff, the possible impact of future climate change on runoff was analyzed through forcing HBV model by RegCM4.4 dynamic downscaled climatic data. The results show that HBV model performed generally well for daily simulation of the Taizihe River Basin with Nash Sutcliffe coefficient and deterministic coefficient being all over 0.60 in the calibration period and validation period, and the response of flooding to precipitation were simulated better. This indicates the HBV model can be successfully applied to the Taizihe River Basin. Mean temperature will increase obviously with persistent rising trend by RegCM4.4 model in 2021-2070 under RCP4.5 scenario. Annual precipitation and runoff depth are expected to reduce a bit. Compared with the baseline period (1986-2005), annual runoff depth will increase by 9.79%. At the same time, the runoff depth will increase significantly in summer and autumn. The variation of runoff quantile indicates that both peak extreme runoff and dry extreme runoff will increase to different degrees than that in the baseline period. In the future, the Taizihe River Basin will be likely to experience extreme flooding.     

GR4J模型在赣江流域日径流模拟中的应用

GR4J是一个简单实用的概念性水文模型,在模型原理和结构上具有鲜明特色,目前在国内应用还较少。本文将该模型应用于赣江流域19个集水区域2003~2009年日径流模拟中。结果显示,在各集水区域,GR4J在检验期和率定期的确定性系数均达到0.85以上,径流总量相对误差在10%以内。因此,GR4J模型在赣江流域的日径流模拟中具有较高精度,具有较好的推广应用前景。     

四个概念性水文模型在黑河流域上游的应用与比较分析

首先结合新安江模型、TopModel、HBV模型和Sacramento模型机理,从模型结构的土层划分、土壤水分计算、蒸散发计算、产流区不均匀性的考虑、产流机制、下渗机制等多个方面进行了理论上的比较,然后选择黑河流域上游为研究区,结合模拟结果对这四个概念性水文模型在黑河上游山区流域应用情况,从土壤水分、蒸散发、径流过程和各径流组分四个方面进行了分析比较。结果显示,概念性水文模型对黑河干流上游山区径流模拟有较好的模拟效果,但是对土壤水分、蒸散发等水文过程只能描述其变化趋势,难以定量,同时,我们还可以得出在所用四个模型中,HBV模型在黑河干流上游山区出山口的径流拟合中有和其他3个模型相当的Nash-Sutcliffe效率系数,并且在枯水期的表现也好,适用性最好。     

拉萨河流域地表径流氢氧同位素空间分布特征

为了探析径流过程中稳定同位素变化特征及其控制因子, 利用2008年拉萨河流域地表径流中δ18O和δD的监测数据以及相关气象和水文资料, 初步研究了流域δ18O和δD的空间分布特征.研究发现: (1)拉萨河流域以大气降水为主要补给来源, 且干流体现了较明显的蒸发效应; (2)河水偏正的d过量参数特征指示了冰雪融水的补给特征; (3)季风降水期间, 拉萨河流域由高程效应和水平距离所造成的δ18O递减率约为0.16‰·(100 m)-1; (4)大循环尺度下, 流域内河水呈现了明显的大陆效应.研究表明高海拔地区地表径流氧氘同位素分布特征能够有效示踪流域水文循环过程, 并提供古高度变化研究的稳定同位素证据.      

考虑径流成分的雅鲁藏布江月径流模拟

通过构建雅鲁藏布江流域分布式水文模型SWAT,并以1989~1998年为率定期,1999~2005年为验证期对3个水文站(奴各沙、羊村、奴下)的月径流进行了模拟。从模型参数组里选取径流成分模拟不同的2组参数,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)、相关系数(R~2)及相对误差(PBIAS)为评价指标,来分析模型的模拟结果好坏。结果表明:率定期内,在径流成分1下奴各沙、羊村站和奴下站的R~2值高达0.9以上,NS系数分别为0.9、0.92和0.72,PBIAS的值为7.1%、18.5%及34.2%,但径流成分与实际情况出入较大。而径流成分2下,模拟得到的评价指标虽然不是很高,但径流成分比较合理。验证期总体结论一致。因此,建议在模型率定验证中要充分考虑径流成分的作用,从而提高模型模拟的精度。