基于SWAT模型的潮河流域径流模拟

摘要

在全球气候变暖、人口不断增加、人类对水资源的需求量不断增大的现实背景下，中国华北地区水资源的供需矛盾越来越尖锐。密云水库是首都北京最重要的地表饮用水源供应地，从上世纪80年代开始，政府在密云水库上游地区（包括潮河流域）陆续实施了“三北”防护林建设工程、密云水库上游水土保持项目、京津风沙源区防沙治沙工程等，流域土地覆被发生改变，下垫面产流环境亦随之改变。另外，1999年以来，潮河流域遭受了持续性的干旱气候，径流量显著减少。仅占密云水库流域控制面积约30％的潮河流域，贡献了密云水库入库总水量的近60％，成为密云水库的重要集水区。本研究基于SWAT2009模型，使用HWSD土壤数据库、2000和2010年两期土地利用数据、1956～2013年逐日气象数据和2006～2011年逐月径流量数据，分析了60年来潮河流域气候变化和近10年来土地利用变化规律，构建了适用于潮河流域径流模拟的数据库，研究特定土地覆被变化（草地、林地、耕地覆盖率极端增大）和气候变化情景对潮河流域径流的影响，旨在为潮河流域水资源的开发提供研究基础，并为海河其他子流域的水资源管理提供借鉴。结论有:
　　(1)林地是潮河流域近10年来的主导土地利用类型，占潮河流域总面积的41％以上，草地、耕地紧随其后，三者占研究区总面积的98％以上。从分布上看，林地分布最为广泛，耕地多沿河流呈现条带状延伸分布的特征，建设用地和未利用地的分布则略显零散。
　　(2)潮河流域降水主要集中于6月～9月，这4个月的降水量约占全年降水总量的80％以上;4月～10月的平均气温在0℃以上，7月份平均气温最高(22.8℃)，1月份最2低(-12.2℃);近60年来，潮河流域的年平均降水量呈现递减趋势，每年递减约-1.74mm，年平均气温呈现递增趋势，每年递增约0.028℃。
　　(3)基于流域数字高程模型(DEM)数据，提取到潮河流域29个子流域、194个水文响应单元。利用SWAT软件自带LH-OAT参数敏感性算法，结合逐月径流量实测值，得到敏感性排序前三的径流参数是:Alpha_Bf（基流α系数）、Esco（土壤蒸发补偿系数）、CN2（湿润条件下的初始SCS径流曲线数）。引入纳什效率系数Ens和Perason相关系数R2两个指标评价SWAT模型逐月径流模拟效果，校准期（2006～2009年），大阁站的Ens、R2分别是0.68、0.81，下会站的Ens、R2分别是0.74、0.84;验证期(2010～2011年)，大阁站的Ens、R2分别是0.75、0.82，下会站的Ens、R2分别是0.80、0.79，结合学者给出的模拟评判标准，SWAT模型在潮河流域具有良好的适用性。
　　(4)设置了两种气候变化情景和三种极端土地利用情景，研究发现，在降水量保持不变，气温升高1.5℃时，6月～9月径流量减少的最为明显;在气温保持不变，降水量增加10％的气候变化情境下，潮河流域径流量的增加值明显高于气温变化导致的径流量变化值;随着林地、耕地覆盖率的极端增加，潮河流域年径流量、径流深均呈现减少的趋势;随着草地覆盖率的极端增加，流域年径流量、径流深均呈现增加的趋势。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 研究进展

1．2．1 水文模型发展历程

1．2．2 水文模型的分类

1．2．3 SWAT模型的发展

1．3 SWAT模型原理及应用

1．3．1 SWAT模型原理

1．3．2 SWAT在径流模拟方面的应用

1．3．3 SWAT应用中存在的不足

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

2 研究区自然地理、社会经济概况

2．1 地理位置

2．2 气候条件

2．3 土壤和土地利用概况

2．4 经济、社会发展概况

3 数据来源及预处理

3．1 数据来源

3．2 数据预处理

3．2．1 定义投影

3．2．2 土地利用数据预处理

3．2．3 土壤属性数据库的构建

3．2．4 气象数据库构建

3．2．5 水文数据处理

4 潮河流域水文模拟和分析

4．1 潮河流域SWAT模型的构建

4．1．1 流域特征提取

4．1．2 添加土地利用和土壤类型数据

4．1．3 水文响应单元的划分

4．1．4 加载天气数据

4．1．5 写入输入文件

4．1．6 模型运行

4．2 数据检验

4．3 参数敏感性分析

4．4 参数率定及模型验证

4．4．1 评价标准

4．4．2 校准期

4．4．3 验证期

5 变化情境下的径流响应

5．1 气候变化下的径流响应

5．2 土地利用变化下的径流响应

5．2．1 不同土地利用情景的设置

5．2．2 不同土地利用情景下的径流变化

6 结语

6．1 主要结论

6．2 不足之处

在校期间发表的论文、科研成果等

参考文献

致谢