SWAT模型在达溪河流域的应用研究

发布时间：2017-04-22 18:11

  本文关键词：SWAT模型在达溪河流域的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究小流域内径流变化规律,是流域水资源开发管理、规划与可持续发展的关键问题之一,对于地区流域水土流失的防治及生态环境的修复也有一定的科学指导意义。在客观认识流域水循环特性的基础上,本文基于SWAT水文模型,对达溪河流域的径流过程进行了模拟分析,主要研究结果如下:(1)运用ArcGIS10.1、Excel、SPAW、SwatWeather等软件及程序,基于DEM、土地利用、土壤、气象等资料,建立了达溪河流域的DEM、土地利用图和土壤类型图等空间数据库,以及气象属性数据库和土壤属性数据库等。从DEM中提取出达溪河流域的流域面积、坡度、水流流向、河网等水文要素,最终划分成29个子流域;设定土地利用、土壤面积阀值以及坡度分级,将流域最终划分为178个水文响应单元(HRU),对流域进行了分布式描述。(2)根据输入的逐日气象数据文件以及SWAT模型自动创建的输入文件,构建的达溪河流域SWAT模拟模型,结合张家沟水文站1980~1986年的月径流实测资料,使用SWAT-CUP工具中sufi-2算法对模型产流结果进行参数进一步优化,得出对达溪河流域径流模拟结果影响重要的14个敏感性参数:土壤饱和水力传导率、主河道淤泥有效导水率、基流消退系数、生物混合效应、浅层地下水径流系数、土壤有效持水量、土壤蒸发补偿系数、地下水迟滞时间、地表径流延滞系数、主河道曼宁n值、土表到每个土层底部的厚度、最大冠层需水量、深蓄水层渗透系、径流曲线数,同时得到各参数值。根据模型率定结果,应用1987年~1990年的实测月径流数据对模拟结果进行验证。模型校准和验证的结果显示,校准期和验证期内的月径流量,相关系数分别为0.79、0.79,Nash-Suttcliffe(Ens)分别为0.82、0.82,满足要求,因此建立的SWAT模型可以应用于达溪河流域进行径流预测,且模拟效果稳定良好。(3)以30米分辨率的DEM为基础数据,运用同一套土壤数据,土地利用数据和气象资料,探讨基于多种不同分辨率的DEM数据对流域高程、坡度、子流域分割与河道位置以及其对水文模拟结果的影响。结果表明:当DEM分辨率从30米降低到500米时,提取流域的最大坡度降低了81.2%。分辨率大于100米的河道位置基本重合,河网形状、河网密度基本相同,而其他分辨率的DEM划分的河网弯曲度变的比较平直,河道位置有些偏移。最小集水面积阈值随着分辨率降低而变小,总流域面积变小,子流域数由29个降至21个,平均面积逐渐增大。当DEM格网单元从100米增至500米时,模拟径流值呈现微弱的下降趋势,但总体差别不大,相对产流而言,模拟泥沙量对DEM分辨率敏感性较大,产沙含量降低了45%左右。将达溪河流域内17种土地利用方式重分为七类、五类和三类,其他数据相同,模拟结果表明:重分类方式对模拟径流结果影响不显著,但对泥沙模拟影响大。(4)研究通过设置3种不同的情景,探讨不同土地利用方式对径流的影响过程。在1985年实际土地利用情况下,模拟径流量大于退耕还林还草情景下的径流量,全部退为草地的情景下径流量最小。采用假定气候情景法,降水在现有的气象资料的基础上增加20%、10%、不变、减少10%、20%;气温在现有的气象资料的的基础上升高2℃、1℃、不变、降低1℃、2℃,两两组合,共有25种情景模拟。模拟结果表明:气候变化对流域径流影响十分显著;与气温变化相比,流域径流量的变化受降雨量影响较大;在不同的气候情景下,模拟径流量的存在显著差异。
【关键词】：SWAT模型 达溪河流域 数据库 DEM分辨率 土地利用方式
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P333
【目录】：

• 摘要5-7
• 英文摘要7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 SWAT模型应用研究进展12-14
• 1.2.1 国外研究进展12-13
• 1.2.2 国内研究进展13-14
• 1.3 分布式水文模型参数优选研究进展14-16
• 1.4 空间输入数据对SWAT模型的影响16-17
• 1.5 研究内容和方法17-20
• 1.5.1 研究内容17-18
• 1.5.2 技术路线18-20
• 第二章 研究区概况与模型原理20-25
• 2.1 研究区概况20-21
• 2.1.1 整体概况20
• 2.1.2 地质地貌20
• 2.1.3 生态环境20-21
• 2.1.4 社会经济概况21
• 2.2 SWAT模型特点21-22
• 2.3 SWAT模型原理22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 达溪河流域的SWAT模型构建与模型参数优化25-46
• 3.1 空间数据库的构建25-35
• 3.1.1 地理信息获取26
• 3.1.2 数字高程模型的建立与子流域划分26-29
• 3.1.3 土地利用图的数字化29-30
• 3.1.4 土壤类型空间分布图的构建30-35
• 3.2 气象数据库的构建35-39
• 3.3 模拟模型构建39-41
• 3.3.1 模型初始化39
• 3.3.2 水文响应单元的划分39-40
• 3.3.3 气象数据的输入40
• 3.3.4 SWAT模型参数的选取40-41
• 3.4 模型参数敏感性分析41-43
• 3.5 模型参数率定与验证43-45
• 3.6 本章小结与讨论45-46
• 第四章 DEM分辨率与土地利用重分类对SWAT模型的影响46-56
• 4.1 DEM分辨率对SWAT模型模拟结果的影响46-51
• 4.1.1 不同分辨率的DEM对模型提取参数的影响46-49
• 4.1.2 DEM不同分辨率下水沙模拟结果差异与分析49-51
• 4.2 土地利用类型重分类对模拟结果的影响51-54
• 4.2.1 土地利用图分类情况51-54
• 4.2.2 土地利用类型不同重分类对模拟结果的影响54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 土地利用变化与气候变化情景下的径流模拟56-62
• 5.1 土地利用变化对径流模拟的影响与结果分析56-58
• 5.2 气候变化下的径流模拟与结果分析58-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 存在的问题与讨论63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 作者简介70

【参考文献】

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本文编号：320988