基于SWAT模型的香溪河流域农业水资源规划研究

摘要

香溪河是三峡库区的一条主要支流，三峡水库建成后流域水质发生了显著变化。农业非点源和工业污染的增加以及生活污水的过度排放进一步导致流域水质恶化加剧，可利用水源量大幅度下降。流域农业灌溉管理也存在许多问题，如耕地与水资源时空分布不均衡，农业配水比重降低，灌溉方式不合理导致局部地区缺水及水资源浪费等。由于该地区农业水资源的利用及分配对当地经济社会发展起着决定性作用，因此急需解决水资源合理分配问题，保证流域水资源的高效利用，进而保障该地区经济社会的可持续发展。
　　在常规水资源分配过程中，决策者通常需要对水资源可利用量进行初步估计，然后确定分配到各用水户的水量并制定水资源分配方案。由此可见，可利用的水资源量在水资源分配过程中起着重要的作用，对决策者制定管理方案有着直接的影响。由于水资源可利用量与流域的气候、地形、土地利用以及土壤属性等多重因素有关，具有较大的波动及不确定性，因此对水资源可利用量的准确估计是水资源管理过程中的一个难点。针对这一问题，本研究首先选择SWAT分布式水文模型对香溪河流域进行了水文模拟，分别采用1991-2007年和2008-2010年的实测逐日径流数据对模型进行参数率定和验证，并预测了未来五年的流域可利用地表水量，以期为流域农业水资源管理提供数据支持。
　　随后，研究引入“函数区间”这一概念，提出了适用于香溪河流域农业水资源管理的两阶段随机区间半无限优化模型(ITSOM)，并给出了相应解法。研究表明，香溪河是该地区农业灌溉的主要水源，但是适当地开采地下水可以节约成本进而增大系统的净利润。在八种主要农作物中，杂交水稻获得的水量最高，西瓜的收益和惩罚最高（具有配水优先权），油菜籽和茶叶的配水量则在其允许范围内尽量取最小。最后，本研究通过情景分析对ITSOM和传统的区间两阶段规划模型(ITSP)进行了对比，将ITSOM离散为60个情景下的ITSP并分别计算各情景下的系统净收益。结果发现，60个情景下的ITSP系统效益始终落在ITSOM的区间范围内，说明本研究所建立的ITSOM模型处理香溪河农业水资源管理问题具有较高的置信度和适用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究目的和意义

1．2 分布式水文模型的研究进展

1．2．1 SWAT模型研究进展

1．3 国内外水资源优化配置研究现状

1．4 不确定性规划方法及其研究

1．4．1 随机数学规划

1．4．2 模糊数学规划

1．4．3 区间数学规划

1．5 存在的问题及发展趋势

1．6 课题研究内容、目标以及拟解决关键问题

第2章 研究方法

2．1 SWAT模型概述

2．1．1 地表径流

2．1．2 蒸散发

2．1．3 地下侧流

2．1．4 地下径流

2．1．5 水面汇流模拟

2．2 不确定优化方法

2．2．1 区间线性规划

2．2．2 两阶段随机规划

2．2．3 函数区间值及半无限规划

第3章 基于SWAT模型的香溪河水文预报

3．1 数据准备

3．1．1 流域自然地理概况

3．1．2 DEM在模型中的作用

3．1．2 河网生成和子流域划分

3．1．3 土地利用／覆被空间数据

3．1．4 土壤数据处理

3．1．5 气象数据处理

3．2 参数敏感性分析

3．3 模型率定和验证

3．3．1 参数率定

3．3．2 模型率定结果与评价

3．3．3 模型验证结果与评价

3．4 流域水文预测

第4章 基于水文预报的香溪河流域农业水资源管理

4．1 数据准备

4．2 模型的建立

4．3 结果分析

4．4 模型对比分析

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢