分布式水文模型SWAT在黄河源区径流模拟中的应用研究

摘要

唐乃亥水文站以上流域称为黄河源区，该区域是黄河流域重要的产流区和水源涵养区，水量约占全流域总水量的35%以上，被称为黄河流域的“水塔”。近年来，受气候变化和人类活动的影响，黄河源区径流量呈现下降趋势。本文以黄河源区为研究区域，分析该区水文循环要素变化特征，应用累积斜率变化率法量化分析了气候变化和人类活动对径流的影响，运用CMADS数据集驱动SWAT模型模拟流域径流，模拟不同土地利用/覆被情景下流域径流，分析不同地类对径流的影响。本文主要结论如下： 1.在水文循环要素的基本特征及趋势预测方面： （1）1960~2011年年、汛期和非汛期降水呈减少趋势。年降水序列在1990年发生突变，汛期降水序列在1986年和2003年均发生突变，非汛期降水序列在1981年和2000年发生突变。 （2）1960~2011年黄河源区径流量总体呈下降趋势，20世纪60~80年代径流较大，20世纪90年代至21世纪后径流量明显降低。1990年为年、汛期和非汛期径流量序列的突变年。 （3）降水与径流变化趋势基本一致。1990年是径流量序列的突变年，1990年前径流主要受气候因素的影响。1990年后，降水量的减少对径流量减少的贡献率是37.96%，人类活动对径流减少的贡献率是62.04%，人类活动成为影响黄河源区径流波动的主要原因。 2.在参数率定和模型模拟方面： （1）黄河源区径流模拟中敏感度最高的三个参数分别是：SCS径流曲线数、土壤饱和容重和河道有效渗透系数。 （2）从率定期和验证期的模拟结果上看，黄河源区模拟径流与实测径流之间具有较好的相关性，SWAT模型在黄河源区具有良好的适用性。不同时间尺度上的模拟结果存在差异，月尺度的模拟效果优于日尺度的模拟效果。 （3）中国大气同化数据（CMADS V1.0）和传统气象数据驱动SWAT模型，模拟结果显示，CMADS驱动下的模拟结果的评价指标：相对误差Re、Nash Suttcliffe系数NSE和相关系数R2均优于传统气象数据。CMADS能更好地代表黄河源区下垫面地表大气特征。 3.在不同土地利用/覆被情景模拟方面： 在黄河源区，不同的土地利用/覆被情景下产生的径流产流不同。草地面积的增加会引起径流量一定程度的减少，裸地面积的增加会引起径流量增加，而当地表完全裸露无植被覆盖时，模拟径流量达到最大值，使黄河源区径流量增加41.65%。

目录

声明

图目录

表目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.2.1 气候变化与人类活动对水文响应的研究进展

1.2.2 SWAT模型的研究进展

1.3 SWAT模型简介

1.3.1 SWAT模型的原理

1.3.2 SWAT模型的结构

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.5 主要创新点

第2章 黄河源区水文气象因子变化分析

2.1 研究区概况

2.1.1 自然环境

2.1.2 社会与经济环境

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall趋势检验方法

2.2.2 累积距平曲线联合检验法

2.2.3 累积斜率变化率比较法

2.3.1 降水量空间分布特点

2.3.2 降水量年代、年际变化规律

2.3.3 降水量趋势分析

2.3.4 降水量突变分析

2.4 径流量演变规律分析

2.4.1 径流量年代、年际变化分析

2.4.2 径流量趋势分析

2.4.3 径流量突变分析

2.5.1 降水与径流的关系

2.5.2 降水变化和人类活动对黄河源区径流的影响

2.6 小结

第3章 SWAT模型基础数据库的建立

3.1 流域数字高程模型

3.2 土地利用数据库

3.3 土壤数据库

3.4 气象数据库

3.5 结语

第4章 黄河源区径流模拟

4.1.1 流域信息提取

4.1.2 创建水文响应单元

4.1.3输入气象数据

4.1.4模型运行

4.2.1 SWAT-CUP工具简介

4.2.2参数敏感性分析与参数率定

4.3.1 模型评价指标

4.3.2 月径流模拟结果

4.3.3 日径流模拟结果

4.3.4 CMADS和传统气象数据的应用对比

4.4 结语

第5章 土地利用/覆被变化对黄河源区径流的影响

5.1 土地利用/覆被变化的水文效应

5.2 土地利用/覆被变化的情景设计

5.3 模拟结果与分析

5.4 结语

结论与展望

结论

不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间科研成果

附录B 攻读学位期间所参与的项目基金及项目