基于SWAT的流域下垫面变化的水文响应研究

摘要

水资源与水环境问题是全球环境问题的研究热点。流域下挚面是影响水文循环的重要因素之一，而人类不合理的土地利用方式等活动使下挚面的结构发生改变，引起了水文过程的变化。研究下垫面变化的水文响应对水资源保护和生态规划具有重要的理论和现实意义。
　　随着计算机、遥感和地理信息系统技术的发展，分布式水文模型已成为研究水文过程的重要手段。由美国农业部农业研究中心开发的SWAT(Soil and Water AssessmentTool)模型，以其强大的物理结构和多方面的模拟功能，在水文问题研究中发挥了重要作用。
　　本文选择海河流域的漳河上游地区作为研究区域，应用SWAT模型对该区进行径流模拟，并在此基础上，通过设置各种下垫面变化情景，模拟下挚面变化的水文过程，研究水文要素对下垫面变化的响应程度和变化规律。主要研究成果如下：
　　(1)搜集了流域的SWAT模型基础数据资料，通过图件资料处理、基础参数计算和文件格式转换，构建模型数据库。
　　(2)比较和分析流域的子流域划分数量与径流量模拟结果关系，发现子流域划分数量对水系生成和径流模拟存在一定影响。结果显示，在漳河上游流域以300km2作为划分子流域的面积阈值，共划分37个子流域为子流域划分水平的最佳状态，能较真实反映流域的径流情况。
　　(3)确定了CN2、SOL AWC等8个敏感型参数，使率定过程合理有效。比较分析从上游到下游逐次校准和直接校准流域总出口两种校准方法的差异性，发现从上游到下游逐次校准更能保证上游子流域的模拟效率，具有更好的模拟结果。
　　(4)模型在2001～2004年校准期R2和NS均大于0.71，结果较为理想，而在2006～2009年验证期评价系数不能完全达标，主要原因为由于人类活动导致2006～2009年的实测资料难以反映流域自然状态下真实的水文情况和水资源利用数据资料的短缺。
　　(5)基于流域原土地利用类型，应用土地极端法和空间配置法，设置不同的下垫面变化情景，在2001～2004年时间段进行水文模拟，定量评估流域下垫面变化对流域陆地和河道两个阶段中多个水文要素(包括蒸散发、入渗、地表径流、产水量和河道径流量、蒸发损失、传输损失等)的影响。结果显示，城市用地的变化对各水文要素影响剧烈，城市化和耕地化在不同程度上减少入渗，增大地表径流、产水量、河道径流、河道传输损失。林地有很好的涵养水分作用，为减少水土流失，在流域内进行适当的退耕还林是很有必要的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 下垫面变化的水文响应研究进展

1.2.1 下垫面对水文过程的影响研究

1.2.2 下垫面变化的水文响应研究方法

1.3 SWAT模型发展和应用研究进展

1.3.1 SWAT模型发展

1.3.2 模型应用研究进展

1.3.3 模型讨论和展望

1.4 论文的研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

第二章 SWAT模型原理与结构

2.1 模型原理

2.1.1 水文循环的陆地阶段

2.1.2 水文循环的河道演算阶段

2.2 SWAT模型运行的结构组织

第三章 研究流域概况

3.1 自然地理和社会经济

3.1.1 地理位置

3.1.2 气候

3.1.3 土地利用情况

3.1.4 土壤类型

3.1.5 社会经济

3.2 水资源和水环境现状

3.2.1 河流水系

3.2.2 水库和引水工程

3.2.3 水资源开发利用存在的问题

第四章 研究流域SWAT模型的构建

4.1 研究流域数据库的建立

4.1.1 DEM图

4.1.2 水系图

4.1.3 土地利用分类图及参数

4.1.4 土壤类型图及属性

4.1.5 气象数据

4.1.6 水库数据

4.1.7 水文数据

4.2 流域空间离散化

4.2.1 子流域划分阈值的分析和确定

4.2.2 水文响应单元的划分

4.3 模拟方法的选择

4.3.1 各水文要素模拟方法选择

4.3.2 模拟输出时间尺度的选择

4.4 小结

第五章 模型参数校准与验证

5.1 模型参数校准原理方法概述

5.1.1 敏感性分析

5.1.2 参数校准方法

5.1.3 评价标准

5.2 研究区径流模拟参数校准与验证

5.2.1 确定敏感型参数

5.2.2 模型校准方案和结果

5.2.3 模型适用性评价及讨论

5.3 小结

第六章 下垫面变化的水文响应分析

6.1 情景模拟的建立

6.2 下垫面变化的陆地水文响应

6.2.1 地表径流和产水量

6.2.2 蒸散发

6.2.3 入渗

6.3 下垫面变化的河道水文响应

6.3.1 河道径流量的影响

6.3.2 河道蒸发损失和传输损失

6.4 小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢