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基于SWAT模型气候与土地利用变化的产流产沙模拟研究 ——以龙溪河流域为例

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基于SWAT模型气候与土地利用变化的产流产沙模拟研究 ——以龙溪...

作者：段祥佩重庆师范大学

学位级别：硕士

由于流域内地势地形等自然因素和人类活动的影响,水土流失成为该流域的主要生态问题。经过模拟水文过程,预测流域的水文物理过程,分析气候变化和土地利用变化对径流量与泥沙量的影响程度。通过对产流产沙的研究,有利于流域水资源的合理... 详细信息

由于流域内地势地形等自然因素和人类活动的影响,水土流失成为该流域的主要生态问题。经过模拟水文过程,预测流域的水文物理过程,分析气候变化和土地利用变化对径流量与泥沙量的影响程度。通过对产流产沙的研究,有利于流域水资源的合理开发与管理,有利于保障三峡水利枢纽工程的安全乃至整个长江流域的生态安全,实现水土资源的可持续利用具有重大的应用价值。本文选取重庆市龙溪河流域为研究对象,分析适合该流域水文模型,最终选取了SWAT模型。使用模型中基础的两个模块,包括水文子模块和土壤侵蚀子模块。在模型中加载了龙溪河流域范围内数字高程地图(DEM),基于这一空间数据可以生成河网,划分子流域,手动添加水库点,最终计算出子流域参数。然后SWAT模型对该流域的土地利用、土壤空间数据以及坡度分别进行重分类,重分类之后继续对其进行叠加分析。依据叠加分析结果进行水文响应单元的划分,将流域划分为342个水文响应单元。气象数据对径流量、泥沙量的影响较大,将流域内的气象数据加载到SWAT模型中。依据输入的数据对流域内径流量以及泥沙量进行模拟。根据模拟的结果,还需要对参数进行调整,本文使用SWATCUP软件对模拟的径流量和泥沙量进行校准与验证。使用了三个评价指标,对模拟结果做了适用性评价。从径流量校准与验证结果看,2003年-2008年月均径流量校准期模拟值与实测值Nash-Suttcliffe是0.64,相关系数达到0.71。2009年-2014年月均径流量验证期模拟值与实测值Nash-Suttcliffe是0.74,相关系数达到0.79。2003年-2008年月均泥沙量校准期模拟值与实测值Nash-Suttcliffe是0.75,相关系数达到0.83。2009年-2014年月均泥沙量验证期模拟值与实测值Nash-Suttcliffe是0.71,相关系数达到0.83。从评价指标结果看,该模型适用于龙溪河流域的研究。气候变化和土地利用变化是客观存在,文中设置25种气象变化情景,在这25种情境下对流域内径流量与泥沙量进行模拟,分析得出降水量对径流量、泥沙量的影响是正相关并且较为敏感,而气温对径流量与泥沙量的影响较小,并且气温会产生负影响。土地利用变化对径流量和泥沙量的影响是水文模拟的又一重要内容。近年来,由于水土流失严重,重庆市也实行了退耕还林还草的规划。从时间变化上分析,依据土地利用空间数据,包括2000年、2005年、2010年土地利用空间数据,对流域内径流量和泥沙量进行模拟,模拟的结果表明土地利用中,耕地较多时,径流量和泥沙量较大。耕地减少林地增加时,径流量减少、泥沙量减少。说明退耕还林的土地利用规划有利于涵养水源、水土保持、保护生态。从空间变化上,基于2005年土地利用空间数据,按不同坡度退耕还林还草的计划,设置了三种土地利用情况。根据三种土地利用情况对流域内的水文数据进行模拟,最后得出模拟结果。不同坡度还林还草后,对径流量和泥沙量的影响程度不同。为未来退耕还林还草政策的具体实施提供科学依据。

关键词：气象数据土地利用产流产沙模拟 SWAT模型龙溪河流域

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基于SWAT模型的无资料流域产流产沙模拟

亚热带资源与环境学报 2014年第1期9卷 24-29页

作者：王秋云陈志彪杨满根张晓云陈志强罗玮祥福建师范大学地理科学学院福州350007 福建省亚热带资源与环境重点实验室福州350007

准确预报无资料地区的产流产沙,对土壤侵蚀治理具有重要的实践意义。为了研究南方红壤侵蚀区无观测资料流域的产流产沙情况,以福建省长汀县朱溪小流域为研究区,其次一级流域游屋圳子流域和高陂塅子流域分别为参证流域和无观测资料流域... 详细信息

准确预报无资料地区的产流产沙,对土壤侵蚀治理具有重要的实践意义。为了研究南方红壤侵蚀区无观测资料流域的产流产沙情况,以福建省长汀县朱溪小流域为研究区,其次一级流域游屋圳子流域和高陂塅子流域分别为参证流域和无观测资料流域。采用相对误差(Re)、决定系数(R2)以及Nash-Sutcliffe效率系数(Ens)评价了SWAT模型在游屋圳子流域的产流产沙模拟的适用性,基于地形指数判定了两子流域的水文相似性。结果表明:SWAT模型适用于游屋圳子流域的产流产沙模拟;游屋圳子流域与高陂塅子流域具有水文相似性,说明两子流域间可以进行模型参数移植;经模型参数移植,模拟得2010年高陂塅子流域年径流量为1.32×107m3,年产沙量为2 200 t。模拟结果不仅为小流域的水土保持治理提供参考,也为其他无资料流域的产流产沙模拟提供方法借鉴。

关键词： SWAT模型无资料小流域地形指数产流产沙模拟

分布式水沙物理模型CASC2D-SED的应用研究

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河海大学学报（自然科学版） 2013年第2期41卷 95-101页

作者：李致家沈洁张鹏程李娟姚成郭元河海大学水文水资源学院江苏南京210098 宁夏瑞沃水资源工程研究院宁夏银川750021 宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三... 详细信息

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三关口流域1983—1987年8场洪水进行了产流及产沙过程模拟,结果表明:模型的产流及产沙模块在三关口流域均取得良好的模拟效果,验证了模型的合理性及适用性。同时将三关口流域的参数移用于好水川流域,进行2010年及2011年4—9月的径流模拟,得到流域内15个计算点及流域出口处的日来水量,经验证,模型模拟结果可靠,可用于无资料地区的径流模拟。

关键词：防洪工程 CASC2D-SED 产流产沙模拟分布式水沙物理模型无资料地区

基于GIS的SWAT模型在流域有偿服务体系中的应用研究

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基于GIS的SWAT模型在流域有偿服务体系中的应用研究

作者：黄波西南交通大学

学位级别：硕士

我国水土流失情况严重,处于该流域的幸福二期水电站为了每年的清淤造成大量的经济损失。2011年在引入流域有偿服务体系（EPWS）工程后,取得了良好的开端。本次研究的重点在于基于GIS技术将流域划分成不同数量的子流域,研究水土流失... 详细信息

我国水土流失情况严重,处于该流域的幸福二期水电站为了每年的清淤造成大量的经济损失。2011年在引入流域有偿服务体系（EPWS）工程后,取得了良好的开端。本次研究的重点在于基于GIS技术将流域划分成不同数量的子流域,研究水土流失现状,利用SWAT模型模拟流域产流产沙情况,分析引入流域有偿服务体系（EPWS）工程后为各方带来的良好效益,特别是对水电企业及上游社区带来的直接经济利益。本研究主要结论如下：（1）流域有偿服务体系（EPWS）能够同时实现上游社区的收入增加和水土保护与下游水电企业的泥沙减少和效益提高。（2） EPWS项目能够推动项目利益相关群体在流域的层面分析问题和解决问题,从而促进生态与经济的共赢,推动社区与企业的双赢。（3） SWAT模型涉及产、汇流参数众多,每个子流域的参数是不同的,且不同参数值需要通过产、汇流相应过程输出变量的模拟结果率定。本研究由于受到观测技术、资料缺失和对观测数据认识有限的制约,仅采用单一出水口的流量模拟结果作为参数率定和模型验证的基础,具有一定的局限性。

关键词： EPWS 水土流失 GIS和SWAT模型产流产沙模拟效益分析

海南岛南渡江流域气候和土地利用变化对径流泥沙的影响

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海南岛南渡江流域气候和土地利用变化对径流泥沙的影响

作者：曹灿宁夏大学

学位级别：硕士

水资源是人类赖以生存的宝贵自然资源,水文过程是气象条件和下垫面条件综合作用下的产物,其反映的水文情势变化对人类社会发展至关重要。为揭示气候变化和土地利用/土地覆被变化（Land Use and Land Cover Change,LUCC）下流域的水文效... 详细信息

水资源是人类赖以生存的宝贵自然资源,水文过程是气象条件和下垫面条件综合作用下的产物,其反映的水文情势变化对人类社会发展至关重要。为揭示气候变化和土地利用/土地覆被变化（Land Use and Land Cover Change,LUCC）下流域的水文效应,以典型热带岛屿性流域——海南岛南渡江流域为例,用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型耦合CMIP6全球气候模式和CA-Markov模型,对流域产流产沙过程进行模拟,定量辨析气候变化和LUCC对流域径流泥沙的影响,以期为流域水资源管理提供理论支持。本研究的主要结论如下:（1）1990-2015年南渡江流域年均气温在23～26℃区间波动,多年平均气温24.21℃,其中4-11月气温多在20℃以上。多年平均降水量2021.86 mm,雨季和旱季降水量分别占年降水量的80.75%和19.25%。1990-2015年流域气温与降水均呈上升趋势,变化率分别为0.17℃/10 a和114.39 mm/10 a。基于CMIP6气候模式提取热带地区21世纪近期（2021-2040年）、中期（2041-2060年）和远期（2081-2100年）的气候变化信号表明,研究区气温在21世纪3个时期均呈上升趋势,其中升温最高的气候情景为远期SSP370路径下。降水在21世纪近期和中期的SSP119路径下,以及远期SSP434和SSP585路径下均增加,而在其余不同时期路径下均有不同程度减少,其中变幅最大的气候情景为远期SSP245路径下。（2）南渡江流域1990年和2015年土地利用类型均以林地（包括橡胶林地和其他林地）为主,耕地次之。1990-2015年土地利用互相转换的现象突出,建筑与未利用地的转移变化最剧烈,橡胶林地次之。基于CA-Markov模型预测2040年流域土地利用情景,结果表明,与2015年相比,2040年仅其他林地减少,建筑与未利用地在河道附近扩张,橡胶林地和耕地在流域海拔较低的东南部增加,水域增长集中在河道缓冲区范围。3个时期整体呈现其他林地面积不断缩减换取其他土地利用类型发展的状态,而橡胶林地的种植面积呈稳定扩张态势。（3）运用南渡江流域的DEM、土地利用、土壤类型、气象和水文资料等输入数据构建本地化的SWAT模型,并应用SWAT-CUP的SUFI-2算法对流域径流和泥沙进行校准和验证。结果表明,流域径流对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较为敏感,并且在研究区构建的本地化SWAT模型具有良好的适应性。流域泥沙对产沙输沙的河道侵蚀状况、运移方式和水土保持因子较为敏感。流域泥沙在月尺度上比年尺度的模拟精度稍高,但不能用于填补缺失时段数据,还需要进一步提升泥沙模拟效率。（4）南渡江流域径流量和泥沙量年际波动均较大。雨季是河流全年径流和泥沙来源的重要时期,且泥沙量主要随径流量变化而变化。其中,旱、雨季径流量分别占年径流量的20.42%和79.58%;旱、雨季泥沙量分别占年泥沙量的11.90%和88.10%。1961-2020年南渡江流域雨季径流的增加量高于旱季径流的减少量,致使流域年均径流呈微弱上升趋势。1961-2013年南渡江泥沙量呈明显下降趋势,且雨季泥沙减少量高于旱季。（5）南渡江流域1990年和2015年的径流变化中气候因子及LUCC的贡献率分别为97.57%和2.43%;降水和气温作为最重要的气候因子,对径流变化的贡献率分别为92.66%和4.91%。这表明,气候因子对南渡江流域径流变化的贡献率远高于LUCC,其中降水因子驱动了径流变化,LUCC仅通过影响水文过程对径流有微弱的调节作用。除此,相关性分析表明,流域泥沙量与径流量和降水量均呈显著正相关,降水量是流域径流量和泥沙量变化的关键气候因子。（6）虽然LUCC对研究区年径流的影响相对较小,但极端土地利用情景均会导致流域径流的明显下降,产流贡献顺序为耕地＞其他林地＞橡胶林地,耕地具有增流作用,其他林地和橡胶林地在一定程度上可以截流蓄水。径流、泥沙变化与流域内耕地、其他林地和橡胶林地的相互转变有关。流域LUCC引起蒸散发增加,土壤有效含水量、地表径流和地下径流不同程度下降,进而引起河流径流量微弱减少。LUCC导致的蒸散发加剧致使地表径流减少,地表径流减少是径流量减少的直接原因,而壤中流减少是未来流域径流减少的主要原因。（7）将CMIP6气候模式提取的气候变化信号与SWAT模型耦合,模拟结果表明,南渡江流域21世纪月径流变化主要集中在5-10月,月、季节和年尺度径流整体表现为近期偏低、远期偏高,且雨季径流变化值均明显高于旱季,径流变幅主要随各个时期不同气候路径的降水变幅加强而加强,变幅最高的情景出现在21世纪远期。未来20年,在气候变化和LUCC的共同影响下,南渡江流域

关键词： SWAT模型产流产沙模拟土地利用变化气候变化热带岛屿性流域