SWAT模型在黑河中上游流域的改进与集成模拟研究

摘要

黑河是中国第二大内陆河，中游的张掖盆地是西北地区重要的商品粮基地。黑河中游地区水资源人均占有量仅为全国平均的57%，严峻的水资源问题严重制约着该地区经济、社会的发展，更加影响了黑河下游生态环境保护和恢复。因此，对黑河中上游流域的径流过程进行定量化研究对于区域水资源的合理配置和利用具有重要意义。
　　本文针对黑河中上游流域的水文特征和农业生产特点，采用流域尺度和农场尺度集成的SWAT-APEX模型系统，在不同空间离散方式下，对黑河中上游的径流过程进行定量模拟。本文研究内容与成果主要表现在以下两个方面：
　　(1)综合利用遥感、GIS、野外实测和数理统计等手段，建立了黑河中上游流域模型运行的基础数据库，对黑河中上游流域2001～2009的径流过程进行了分布式计算机模拟。采用上游水量导入、SWAT模型单一模拟等手段，分析了SWAT模型在黑河流域存在的问题，表现在中游冬季河道径流主要由地下水补给，复杂的地理环境与农业用水特点使得地下水被多次重复利用，而模型对这一过程模拟效果不佳。本文使用数据拟合的方法对SWAT模型源码进行修改，调整了土壤水下渗量，增加地下径流量，使得模型在冬季的模拟结果有了显著的提高。验证期的模型效率ENS提高到0.70，相关系数R2也提高到0.71，增强了SWAT模型在黑河中游的适用性。
　　(2)利用农场尺度的APEX模型对中游主要农业种植区所在的子流域进行坡面子区离散和分布式模拟，将结果导入SWAT-APEX集成系统，进行河道过程的演算，对黑河中上游流域水文过程进行了集成模拟，提高了模拟精度和中游用水定量分析的空间分辨率。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

图表目录

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 分布式水文模型研究现状

1.2.2 分布式水文模型集成应用研究现状

1.2.3 黑河中上游流域水文研究进展

1.3 研究目标、内容、方法及技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第二章 研究区概况及基础数据

2.1 研究区概况

2.2 基础数据

2.2.1 地形、河网数据

2.2.2 气象观测数据

2.2.3 土地利用类型数据

2.2.4 土壤数据

2.2.5 水文观测和农田管理资料

第三章 分布式建模的空间离散化与参数化

3.1 流域的空间离散化

3.1.1 基于流域-子流域-水文响应单元(HRUs)的空间单元划分

3.1.2 基于子流域-子区的空间单元划分

3.2 模型输入参数的提取

3.2.1 地形参数

3.2.2 气象参数

3.2.3 地表覆盖参数

3.2.4 土壤属性参数

3.2.5 农田管理措施与生活用水参数

第四章 SWAT模型在黑河中上游流域的改进及应用

4.1 构建SWAT运行系统

4.2 模型模拟方法的选择与参数率定

4.2.1 模拟方法的选择

4.2.2 模拟参数的率定

4.3 运行结果及分析

4.3.1 评价指标的选取

4.3.2 SWAT模型运行结果及分析

第五章 SWAT与APEX模型在黑河中上游流域的集成应用

5.1 SWAT-APEX集成系统的原理

5.2 SWAT-APEX集成系统运行结果及分析

第六章 结论与展望

5.1 研究成果与结论

5.2 研究中的不足与展望

附录

参考文献

致谢