基于SWAT模型的朱庄水库流域土地利用变化的水文响应研究

发布时间：2017-07-17 22:03

  本文关键词：基于SWAT模型的朱庄水库流域土地利用变化的水文响应研究

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【摘要】：流域水文模型是研究水文变化规律、水资源合理配置的有效工具,近年来,伴随着流域水文模型与计算机、GIS和遥感技术的不断结合,使得其在水文循环研究中的作用愈加重要。由美国农业部农业研究中心开发的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,能够同时将气候、土壤、人类管理措施等多方面因素进行综合考虑,对研究区域的描述更接近于实际,使其在水文研究中的作用日渐凸显。本文选择朱庄水库流域作为研究区域,在GIS技术的支持下建立该流域的SWAT模型并对模型的可适用性进行了评价,在此基础上,设置了不同的土地利用变化情景来模拟下垫面的水文响应变化。主要研究结论如下:⑴对研究区域进行流域划分。在GIS中基于数字高程模型(DEM)提取相关水文信息,将面积为1200Km2的研究区域划分为19个子流域,并将土地利用类型、土壤类型和坡度信息进行叠加,得到241个水文响应单元(HRU)。⑵建立研究区SWAT模型属性数据库。参照世界协调土壤数据库(Harmonized World Soil Database(HWSD))得到土壤的相关属性数据,包括土壤水文学分组、土壤剖面最大根系深度、土壤湿密度等11个参数。依据SWAT模型数据库中的用地类型划分标准,将研究区的土地利用方式进行重分类。将收集得到的气温、降水等气象数据进行分析处理,建立研究区的气象数据库。⑶模型参数的校准和验证。通过敏感性分析得到对模型比较敏感的9个参数:土壤饱和水利传导系数、土壤蒸发补偿系数、基流消退系数、地下水延迟因子、土壤湿密度、径流曲线数、土壤可供水量、地下水再蒸发系数、最小基流出流阀值,据此对模型进行校准和验证。⑷模型适用性评价。利用朱庄水库水文站2005-2008年的实测数据进行校准,2009-2010年数据进行验证,校准期模型效率系数(Ens)、相对误差(Re)和相关系数(R2)分别为0.71、17、0.86,验证期模型效率系数(Ens)、相对误差(Re)和相关系数(R2)分别为0.77、11、0.87,证明模型能够较好地应用于朱庄水库流域。⑸假定土地利用情景分析。通过极端土地利用法设定了3种土地利用情景,结果表明:林地和草地面积增加会减少流域径流,而耕地面积的增加会增加流域径流;林地和草地对流域水源的涵养作用大于耕地。
【关键词】：SWAT模型 朱庄水库流域 土地利用变化 径流模拟
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 土地利用/覆被变化的水文响应研究综述10-12
• 1.3 SWAT模型的发展历程与特点12-14
• 1.4 SWAT模型应用研究进展综述14-20
• 1.4.1 径流模拟研究14-15
• 1.4.2 非点源污染研究15-17
• 1.4.3 环境变化下的水文响应研究17-19
• 1.4.4 SWAT模型的改进以及与其他模型的耦合研究19-20
• 1.5 研究内容及技术路线20-22
• 1.5.1 研究内容20-21
• 1.5.2 技术路线21-22
• 2 研究区概况22-24
• 2.1 地理位置22
• 2.2 自然地理概况22-24
• 2.2.1 地形地貌22
• 2.2.2 气候状况22-23
• 2.2.3 河流水系23-24
• 3 SWAT模型的水文过程原理24-28
• 3.1 坡面水文过程24-28
• 3.2 河道水文过程28
• 4 基础数据库28-37
• 4.1 数字高程模型（DEM）28-29
• 4.2 土地利用数据29-30
• 4.3 土壤数据30-35
• 4.4 气象数据35-37
• 5 朱庄水库流域SWAT模型的建立与验证37-43
• 5.1 朱庄水库流域模型建立37-39
• 5.1.1 流域河网的生成及子流域划分37
• 5.1.2 水文响应单元（HRU）划分37-38
• 5.1.3 气象数据输入38
• 5.1.4 模型运行38-39
• 5.2 模型验证39-43
• 5.2.1 参数敏感性分析39
• 5.2.2 模型适用性评价指标39-40
• 5.2.3 模型参数的校准和验证40-43
• 6 土地利用/覆被变化情境下的径流模拟研究43-48
• 7 结论与展望48-50
• 7.1 结论48-49
• 7.2 不足和展望49-50
• 参考文献50-58
• 致谢58-60
• 攻读学位期间取得的科研成果清单60

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本文编号：554810