基于SWAT模型的乐安河香屯集水区径流模拟及参数不确定性分析

发布时间：2020-03-18 14:08

【摘要】：随着我国经济的发展,城市化建设面积也来越大,很大程度上改变了土地的下垫面,从而破坏了自然状态的水文循环,导致我国灾害不断加大。模型模拟是研究水文循环的重要途径,但是由于水文过程的复杂性、水文数据的误差以及模型结构的不完善等,给水文模型参数率定及水文预报带来很大的不确定,从而影响了模拟结果的精度。因此,深入系统地开展分布式流域水文模拟和模型参数不确定性分析的研究,对水旱灾害防控及水资源的调控分配等方面都具有重要的现实意义和科学价值。基于此,本文以目前应用较为广泛的SWAT模型为研究对象,以香屯流域为例,针对SWAT水文模型对径流模拟过程中参数的不确定性问题进行研究。通过收集土地利用、土壤以及气象数据构建研究区SWAT模型数据库,对研究区日径流进行模拟,并使用SUFI-2方法对参数的不确定性进行分析。运用迭代方法对参数区间进行处理,对比分析先验区间于后验区间的方差,并分析变化的参数区间对模拟效果的影响;根据“异参同效”性,使用500组参数值分别对2008-2010径流进行验证,运用区间概率峰值的方法,做模型模拟,选取验证期每年5-6月丰水月为观察对象,对比最优参数组和区间概率峰值模拟值与实际径流的关系。主要的结论如下:(1)通过参数的敏感性分析以及查阅研究区的物理特性,筛选出对研究区径流模拟结果影响较大的敏感参数。本文主要选取了SCS径流曲线系数(r_CN2)、河道曼宁系数(v_CH_N2)、地下水再蒸发系数(v_GW_REVAP)、土壤蒸发补偿系数(v_ESCO)、土壤可利用水量(r_SOL_AWC)、浅层地下水径流系数(v_GWQMN)、主河道水力传导率(v_CH_K2)、浅层地下水可蒸发系数(v_REVAPMN)、和基流系数α(v_ALPHA_BF)等九个参数。(2)通过模拟发现参数v_CH_N2、v_CH_K2和v_ALPHA_BF对模拟的不确定性影响较大,分析三种参数的分布情况,定义模型模拟后的建议区间为先验区间,Bootstrap边缘概率分布转化后的区间为后验区间,对比研究区日径流模拟,结果表明,率定期先验区间最优参数组模拟的R~2=0.85,效率系数E_(ns)=0.83;后验区间最优参数组模拟的R~2=0.90,效率系数E_(ns)=0.85。由此可见,后验参数区间的模拟率定效果较更好一些。验证期后验区间概率峰值法模拟与验证期后验区间最佳参数组模拟效果对比发现验证期后验区间概率峰值法模拟的相关系数R~2=0.83,纳什效率系数E_(ns)=0.80,后验区间验证期的R~2=0.80,纳什效率系数E_(ns)=0.78,说明通过概率峰值方法模拟的效果更好一些。(3)使用500组参数组合一一对2008至2010日径流进行模拟验证,每天可以得到500个模拟径流数值,对每天的模拟径流值做区间分布分析,使用区间概率峰值做为当天的径流模拟值,计算纳什效率系数以及相关系数,对比发现区间概率峰值的模拟效果更好。然后和抽取的每年5月到6月丰水月份的实测日径流量,对比最优参数组和区间概率峰值模拟值与实际径流的关系。结果表明,使用区间概率峰值方法的模拟效果较最优参数组法更好一些,后验区间概率峰值法较先验区间概率峰值模拟效果好。(4)使用SUFI-2方法进行不确定性分析。对比研究区先验区间和后验区间的日径流模拟情况发现,在P因子接近的情况下,后验区间的R因子更小一些,说明后验区间的不确定性更小。
【图文】：

城市内涝图

概况,油茶

图 2.1 研究区概况图Fig 2.1 General map of the study area征为年平均气温是 17.2℃，年平均降雨量 1853 ，有 31 万的人口居民。率高达 75.1%，有 749 万立方米活立木总蓄积量，林地资源多属天然次生。研究区树木多以油茶大森林类型，主要是由于受海拔高、山地土壤、种有 50 大类，200 多种，其中油茶、油桐、乌柏有华东黄松、黄山松、南方铁杉、水松、红花油最大、分布最广是红壤土。研究区内的土壤类型型，根据红壤的发育程度和主要性状，大致可划亚类，，研究区主要以红壤和山地黄红壤为主。
【学位授予单位】：南昌工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333

【参考文献】