基于SWAT模型的秃尾河流域径流模拟研究

论文摘要

近年来,秃尾河流域国民经济实现了快速增长,农业经济全面发展,工业生产突飞猛进,秃尾河作为重要的水源地,支撑着流域的经济发展,其作用和地位日益突出。因此研究秃尾河流域的径流特征,建立适合流域的水文模型,对于了解该地区的水文水资源状况、预测水文物理过程、合理利用水资源,以及解决相关的生态和经济问题有着重要的理论意义和现实意义。本文选择SWAT分布式水文模型,以GIS为手段,充分考虑当地气候、地形、土地利用、土壤等多种因素的时空分布,建立了秃尾河流域空间数据库、气象数据库、土地利用数据库、土壤属性数据库。通过对数字高程图DEM地形分析,提取流域数字水系,对流域进行离散化,确定子流域划分水平和水文响应单元生成水平。对SWAT模型参数敏感性进行分析,应用秃尾河高家川水文站1977-1984年实测径流资料进行率定,1985-1989年实测径流资料进行验证,结果表明校准期和验证期年径流模拟误差都较小,相关系数（ R 2）均0.8以上,模型效率系数（Ens）均在为0.7以上;校准期和验证期月径流模拟误差也都较小,相关系数（ R 2）均0.75以上,模型效率系数（Ens）均在0.65左右,一般认为SWAT模型的模拟结果期望值在0.6左右就表明模型很好地概化了研究区的参数,比较准确地描述了研究区的水文过程,因此SWAT模型适用于秃尾河流域。基于以上结果,本文建立了5种不同土地利用/覆被情景和24种假定气候情景,模拟结果表明,随着林、草覆盖率的增加,秃尾河流域径流呈减少趋势,林、草对径流调蓄有一定的作用;林地覆盖率对径流量的影响明显大于草地。在未来情景下,秃尾河流域若发生生态破坏,进行生态修复时,植树造林对于涵养水分和消减径流量的效果要比种植草地好;在假定的24种气候情景中,使径流量增加最多的组合情景是S 21,即P增加20%,T减少2℃,这是对秃尾河流域径流增加最有利的组合情景;使径流量减少最多的是情景S 5,即P减少20%,T增加2℃,这是对秃尾河流域径流量最不利的组合情景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状与进展
• 1.2.1 分布式水文模型研究进展
• 1.2.2 SWAT 模型研究进展
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 软件系统
• 1.4.3 技术流程图
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 植被土壤
• 2.1.4 水文地质条件
• 2.1.5 气候
• 2.1.6 河流水系
• 2.2 经济社会概况
• 2.2.1 行政区划及人口
• 2.2.2 经济状况
• 第三章 SWAT 模型简介
• 3.1 SWAT 模型概述
• 3.2 模型特点
• 3.3 空间决策支持系统
• 3.4 SWAT 模型基本原理
• 3.4.1 产流和坡面汇流
• 3.4.2 河道汇流
• 3.5 模型结构
• 3.6 模型主要计算公式
• 第四章 基础数据处理及模型数据库的建立
• 4.1 空间数据库
• 4.1.1 数据来源和分辨率
• 4.1.2 地图投影
• 4.1.3 土地利用数据处理
• 4.1.4 土壤数据处理
• 4.1.5 气象数据处理
• 4.1.6 地形数据处理
• 4.2 属性数据库
• 4.2.1 土壤属性数据库
• 4.2.2 气象资料数据库
• 4.2.3 雨量站数据库
• 第五章 SWAT 模型在秃尾河流域的应用
• 5.1 SWAT 模型数据输入和处理
• 5.1.1 基于栅格DEM 的流域信息提取
• 5.1.2 水文响应单元的划分
• 5.1.3 气象数据的读入
• 5.1.4 模型文件的读入
• 5.1.5 模型运行操作
• 5.2 SWAT 模型参数敏感性分析
• 5.2.1 方法
• 5.2.2 原理
• 5.2.3 敏感性分析结果
• 5.3 模型校准和验证
• 5.3.1 参数率定
• 5.3.2 模拟结果与评价
• 第六章 气候和土地利用/覆被变化环境下径流模拟研究
• 6.1 土地利用/覆被变化下径流模拟
• 6.1.1 土地利用/覆被变化下特征分析
• 6.1.2 土地利用/覆被变化下径流模拟
• 6.2 未来土地利用/覆被变化下径流模拟
• 6.2.1 土地利用情景变化构建方法
• 6.2.2 模拟情景的建立
• 6.3 未来气候变化下径流模拟
• 6.3.1 气候变化情景构建方法
• 6.3.2 模拟情景的建立
• 6.3.3 模拟结果与分析
• 第七章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 存在问题和不足
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介