基于SWAT模型的海河典型流域径流变化归因分析

发布时间：2020-09-03 17:14

　　气候变化与人类活动对环境的影响一直以来都是水文行业工作者的研究重点和研究热点。近年来,在气候变化以及人类活动的共同影响下,全球许多流域的径流量都出现了较为严重的减少趋势。但对于两者在不同流域条件下对径流的贡献研究,不同的学者有着不同的分类鉴别方法。相较于定性笼统的分析,定量细致的分析更能得到有价值的结论,也更能为政策的制定以及后续环境和资源工作的开展提供相应的依据。系统厘清和量化气候变化以及人类活动对流域径流变化的影响,对于研究流域水循环、水生态以及流域水资源的合理开发与利用具有重要的科学意义,同时也对社会经济的绿色可持续发展具有一定的战略意义。为对气候变化与人类活动对径流的影响进行系统而全面的分析,本文选择了海河流域作为研究区域,分别以海河流域受人类活动影响较为显著的漳河上游流域和受人类活动不显著的滦河上游流域作为研究对象。通过序列突变检验方法检验出了两流域径流的突变点,并根据突变检验的结果以及流量均值为基础建立了径流变化归因影响评价模型。同时根据气象数据、土地利用数据、土壤数据等基础资料建立了两流域的SWAT模型,并利用模型模拟了两流域的天然径流量。经过上述研究分析,本文的主要成果如下:(1)借助长系列的历史资料,利用SWAT模型模拟了两流域近60年的天然径流数据,并利用SWAT-CUP选择出适合于两流域的率定参数,最终完成了模型的率定和验证工作。(2)基于SWAT模型以及径流变化归因分析的影响评价模型,对两流域气候变化以及人类活动对径流影响的贡献率进行了计算,其结果显示,漳河上游流域近60年的径流变化主要受到人类活动的影响,在全序列条件下,人类活动的贡献率为59%,而在平水年与枯水年份,人类活动因素的贡献率更高,为65%;滦河上游流域的径流变化主要受到气候变化的影响,且其贡献率为89%,同时对比模拟径流与实测径流发现,SWAT模型对降水数据输入的短时大范围变化较为敏感。(3)通过对两流域气候因素以及人类活动因素进行分别分析,发现以人类活动为主导因素的漳河上游流域其变异点出现的时间与渠道通水的时间一致,以气候变化为主要因素的滦河流域其变异点产生的时间与暴雨出现的时间一致,此结果一方面说明影响评价模型的效果较好,另一方面也对影响评价模型的结果进行了补充说明。(4)通过对以气候变化为主要因素的滦河上游流域以及受人类活动影响为主的漳河上游流域进行对比可以发现,在气候变化单一因素的影响下,两流域径流量的稳定性相较之前并没有太大的变化,但如果加以人类活动的影响,则漳河上游流域呈现出趋势变化相对剧烈,径流的离散程度较高的特性,且在平水年和枯水年,实际径流量较模拟的天然径流量有着显著的减少。表明人类活动对径流过程的影响更为剧烈,呈现明显非平稳性特征。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P333.1
【部分图文】：

河床,滦河三角洲,河道,中游河段

基于 SWAT模型的气候变化和人类活动对海河流域径流的影响解析得此段河床的平均比降达 3.1/1000 但相对于此处的高比降，由于河道水量不足，此处的水能资源并不丰富；中游河段由于最终来到华北平原，其河床高程由 423m 降至25m，河道比降仅为 1/1000，但相较于上游河段，此处水量有了明显的增长，其水能的理论储备量也较上游有了明显的提升；河口段基本属于滦河三角洲地区，河床主要由粒径较小组成，而河漫滩由于河道的淤积，其组成成分主要包括亚粘土和亚沙土。由于此段河流的水流速度缓慢，使得泥沙不断在河口淤积，三角洲区域也呈现出外扩的态势。

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图 3 径流影响评价模型Fig.3 The impact model of runoff该模型以天然时期流域的径流量为基准，则后期实测径流量与天然径流量之间的差值就包含气候变化与人类活动两部分的影响。对于两者影响的分割方法为：以天然径流序列发生突变的时间为界，分别推求突变点前后模拟径流量与实测径流量的均值，并以实测径流的变化量作为径流变化的总量，以模拟径流的变化量作为由气候变化所引起的变化量，以两者的差值作为人类活动引起的变化量，最后以径流变化总量作为基准，以推求两种影响因素的贡献率。评价模式的具体公式如下： Q Qh Qn（7） Q c Qc Qn（8） Q h Qh Qc（9）QQcWc （10）Qh

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图 4 SWAT模型陆面水文模型循环示意图Fig.4 Land surface hydrological model cycle diagramAT 模型采用了模块化的设计思路，对水循环中不同的环节文模块的具体构成具体分为：表径流模块径流，SWAT 模型提供了两种计算地表径流的方法：方法。由于资料等基础条件受限，且 Green&Ampt 方法对降此本文采用 SCS 曲线方法来计算地表径流，其方程如下：()()2RISRIQdayadayasurf surf为径流量，Rday为降雨量，Ia为初损量，S 为持水量。其10)1000 25 .4( CNS

【参考文献】