新安江、SWAT和BTOPMC模型的应用比较

发布时间：2017-10-21 13:35

  本文关键词：新安江、SWAT和BTOPMC模型的应用比较

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【摘要】：本研究应用概念性水文模型——双抛物线型新安江模型、响应单元式水文模型——SWAT模型和网格分布式水文模型——BTOPMC模型分别对大流域——韩江流域及其内部的9个子流域以及小流域——双桥流域进行了日径流模拟。以SRTM3DEM、IGBP土地利用类型、FAO土壤数据、NOAA-AVHRR NDVI数据和CRU TS2.0气象数据为模型输入资料。为了便于模型比较,三个模型均采用Shuttleworth-Wallace模型计算潜在蒸散发,并以SCE-UA优化算法自动率定模型参数。在韩江流域的应用中,以1981~1984年作为模型率定期,1985~1988年为模型验证期,分别对韩江流域内的观音桥、宝坑、杨家坊、河口、上杭、水口、溪口、横山、潮安共9个水文站进行日径流模拟,并从不同子流域率定参数、Nash效率系数、径流总量比、Nash系数与水文要素相关性和径流过程分析等方面探讨不同模型在各子流域模拟效果差异及流域间的相互关系。研究结果表明:(1)三个模型参数率定结果分布在合理的范围内,且能客观反映流域下垫面状况、降雨分布和子流域的套合关系。(2)韩江各子流域的平均Nash效率系数,新安江模型最好,BTOPMC模型次之,SWAT模型最差;而韩江各子流域的模拟效果一致性方面,BTOPMC模型最好,新安江模型次之,SWAT模型最差;此外,径流总量模拟精度方面,BTOPMC模型最好,SWAT模型次之,新安江模型最差。(3)BTOPMC模型在验证期Nash系数与流域集水面积呈显著正相关,说明BTOPMC模型更适应大流域。新安江模型和SWAT模型在率定期和验证期及BTOPMC模型在率定期,Nash系数与流域集水面积、平均高程、高程起伏分布情况、高程因子、年平均降雨量、降雨分布均匀度、植被分布均匀度和土壤分布均匀度相关性不显著。(4)集总式新安江模型在大流域和小流域模拟洪峰时刻都比较准确,但是在大流域的大洪峰模拟普遍偏大较多,且无论是大流域还是小流域低流量模拟普遍偏小;响应单元式SWAT模型和网格分布式BTOPMC模型在大流域和小流域模拟洪峰普遍偏小,且洪峰时刻提前,但是低流量模拟时,BTOPMC模型与实测过程最接近,表现最好,SWAT模型次之。在双桥流域应用时,以1991~1994年作为模型率定期,1995~1998年作为模型验证期,并从总体模拟效果、不同流量等级模拟效果等方面探究不同模型在小流域的表现差异。研究结果表明:(1)新安江模型、SWAT模型和BTOPMC模型总体上都能较好反映双桥流域日径流过程。率定期和验证期,新安江模型的模拟效果均比SWAT模型和BTOPMC模型要好,而SWAT模型和BTOPMC模型两者模拟效果相当。三个模型的模拟径流总量率定期都偏大,验证期都偏小,但率定期和验证期径流量相对误差均能保持在±10%以内,总体水量平衡效果较好。(2)在不同流量等级模拟中,三个模型高流量模拟时流量普遍偏小,而低流量模拟时流量普遍偏大。SWAT模型在不同流量等级模拟中,水量平衡效果均比新安江模型和BTOPMC模型好。除此之外,高流量模拟时,新安江模型的模拟均方根误差较小,效果最好;中流量和低流量模拟时,BTOPMC模型的模拟均方根误差较小,效果最好。
【关键词】：新安江模型 SWAT模型 BTOPMC模型 径流模拟 韩江流域 双桥流域 应用比较
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P334.92
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 流域水文模型的发展状况11-13
• 1.2.2 新安江模型的发展状况13
• 1.2.3 SWAT模型的发展状况13-14
• 1.2.4 BTOPMC模型的发展状况14
• 1.3 研究内容与技术路线14-16
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-16
• 2 水文模型16-50
• 2.1 潜在蒸散发计算——Shuttleworth-Wallace模型16-17
• 2.2 集总式水文模型——新安江模型17-26
• 2.2.1 新安江模型的产流结构17-18
• 2.2.2 土壤蓄水容量曲线——单抛物线型18-19
• 2.2.3 模型产流计算19-21
• 2.2.4 蒸散发计算21
• 2.2.5 径流分割21-22
• 2.2.6 新安江模型的改进——双抛物线型土壤蓄水容量曲线22-24
• 2.2.7 地面汇流——瞬时单位线汇流方法24-26
• 2.3 响应单元式水文模型——SWAT模型26-36
• 2.3.1 SWAT模型结构26-27
• 2.3.2 地表径流27-30
• 2.3.3 蒸散发30-32
• 2.3.4 土壤水32-33
• 2.3.5 地下水33
• 2.3.6 流量演算33-34
• 2.3.7 模型参数34-36
• 2.4 网格分布式水文模型——BTOPMC模型36-50
• 2.4.1 BTOPMC模型结构36
• 2.4.2 地形模块36-39
• 2.4.3 产流模块39-45
• 2.4.4 汇流模块45-48
• 2.4.5 模型参数48-50
• 3 新安江、SWAT和BTOPMC模型在韩江流域的应用比较50-89
• 3.1 韩江流域50
• 3.2 模型输入数据50-56
• 3.2.1 DEM50-52
• 3.2.2 土地利用类型52-53
• 3.2.3 土壤类型53-54
• 3.2.4 植被归一化指数54-55
• 3.2.5 水文气象数据55-56
• 3.3 参数率定与径流模拟56-85
• 3.3.1 模型率定目标函数56-57
• 3.3.2 新安江模型的参数率定与径流模拟57-67
• 3.3.3 SWAT模型的参数率定与流域模拟67-77
• 3.3.4 BTOPMC模型参数率定与流域模拟77-85
• 3.4 三个模型模拟效果比较85-89
• 3.4.1 精度分析85-86
• 3.4.2 相关分析86-87
• 3.4.3 径流过程分析87-89
• 4 新安江、SWAT和BTOPMC模型在双桥流域的应用比较89-101
• 4.1 双桥流域89
• 4.2 模型输入数据89-92
• 4.2.1 DEM89-91
• 4.2.2 土地利用类型91-92
• 4.2.3 土壤类型92
• 4.2.4 植被归一化指数(NDVI)92
• 4.2.5 水文气象数据92
• 4.3 模型参数率定92-95
• 4.3.1 新安江模型参数率定93-94
• 4.3.2 SWAT模型参数率定94
• 4.3.3 BTOMC模型参数率定94-95
• 4.4 径流模拟与结果分析95-101
• 4.4.1 总体模拟效果对比95-98
• 4.4.2 不同流量等级模拟效果对比98-101
• 5 结论与展望101-104
• 5.1 结论101-102
• 5.2 展望102-104
• 致谢104-105
• 参考文献105-109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1073658