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基于改进swat模型的多水源灌区节水潜力尺度效应

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农业工程学报 2021年第12期37卷 82-90页

作者：吴迪崔远来黄文波龚兰强范国福安莉娜李大成余乾安中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵阳550081 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

灌溉节水潜力是指导和评价灌区节水改造的重要参数,其分析需要考虑尺度效应。该研究以湖北漳河灌区杨树垱流域为背景,采用改进swat(Soil and Water Assessment Tool)模型构建灌区分布式水文模型,并利用实测径流、蒸发蒸腾量及灌溉用水... 详细信息

灌溉节水潜力是指导和评价灌区节水改造的重要参数,其分析需要考虑尺度效应。该研究以湖北漳河灌区杨树垱流域为背景,采用改进swat(Soil and Water Assessment Tool)模型构建灌区分布式水文模型,并利用实测径流、蒸发蒸腾量及灌溉用水量校正及验证模型。以子流域嵌套方式将研究区划分为6个尺度,基于现状情景,设置增加塘堰汇流面积、提高渠系水利用系数及采用水稻节水灌溉模式3种节水情景。基于改进swat模型不同情景的模拟结果,定义并计算分析不同节水情景下传统的及考虑回归水重复利用的2种节水潜力及其随尺度变化规律。结果表明,改进swat模型具有良好的模拟效果(R^(2)>0.80,纳什效果系数大于0.80)。在增加塘堰汇流面积情景下,由于不同尺度塘堰供水比例的变化,2种节水潜力均随着尺度的增大呈现先增加再降低继而趋于稳定的规律;在提高渠系水利用系数情景下,由于漳河水库在不同尺度的供水比例的变化,2种节水潜力均随尺度增大逐渐降低并趋于稳定;在水稻节水灌溉模式情景下,由于不同尺度水稻节水灌溉面积占比的变化,2种节水潜力均随尺度增大呈现先减小再增大继而趋于稳定的规律。3种节水情景下的2种节水潜力的大小关系,主要由节水措施实施前后不同尺度灌溉用水量变化及灌溉回归水重复利用量变化共同决定。研究可为灌区水管理及节水改造工程布局提供决策依据和指导方向。

关键词：灌溉水源改进swat模型节水潜力尺度效应回归水重复利用

考虑回归水重复利用的多水源灌区灌溉用水量分析

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中国农村水利水电 2024年第4期 158-164页

作者：蒲小芳吴迪项华伟杨建赞龚兰强马黎郑丹丹中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081

多水源灌区中的灌溉回归水重复利用是普遍存在的现象,分析了灌溉回归水重复利用的机理并结合改进swat模型的特点概化了灌溉回归水及其重复利用量的计算方法,并说明了实际灌溉用水量的计算方法。进一步以浙江省浦江县通济桥水库灌区为实... 详细信息

多水源灌区中的灌溉回归水重复利用是普遍存在的现象,分析了灌溉回归水重复利用的机理并结合改进swat模型的特点概化了灌溉回归水及其重复利用量的计算方法,并说明了实际灌溉用水量的计算方法。进一步以浙江省浦江县通济桥水库灌区为实例,利用改进swat模型构建其水文循环模型,利用长系列实测逐月径流及实测渠首灌溉取水量率定模型参数,并进行验证。其中率定期及验证期的纳什效率系数均大于等于0.85,4条干渠灌水量模拟值与实测值的平均相对误差低于5%,表明改进swat模型具有良好的模拟效果且可用于模拟灌区不同水源类型的灌水量。进一步根据模型模拟结果计算得到通济桥水库灌区灌溉回归水及其重复利用量、以及灌区实际灌溉用水量,结果表明,该灌区灌溉回归水重复利用率达到40%,考虑扣除灌溉回归水重复利用量后,灌区灌溉用水量将降低约5.4%,灌区骨干水源灌溉用水量占总用水量的63%,不能代替整个灌区的灌溉用水量。进一步说明灌区实际灌溉用水量统计时应考虑扣除灌溉回归水重复利用量,尤其针对大型灌区或大范围区域,灌区灌溉用水量减少的绝对值将十分可观,可提高灌区灌溉用水量统计精度。对于有监测设施的灌区,不能仅仅以监测水量作为灌区的灌溉用水量,应模拟统计灌区内来源不同水源类型的实际灌溉用水量。

关键词：灌溉回归水重复利用多水源灌区改进swat模型实际灌溉用水量

基于改进swat模型的灌区回归水重复利用及灌溉用水评价研究

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基于改进SWAT模型的灌区回归水重复利用及灌溉用水评价研究

作者：吴迪武汉大学

学位级别：硕士

灌溉用水效率指标及节水潜力的正确计算是灌区用水评价及用水管理的基础,当前普遍采用的灌溉水利用系数及灌溉取水节水潜力忽略了回归水的重复利用,不能真实体现灌区用水管理水平。此外,回归水及其重复利用是灌区中普遍存在的现象,分布... 详细信息

灌溉用水效率指标及节水潜力的正确计算是灌区用水评价及用水管理的基础,当前普遍采用的灌溉水利用系数及灌溉取水节水潜力忽略了回归水的重复利用,不能真实体现灌区用水管理水平。此外,回归水及其重复利用是灌区中普遍存在的现象,分布式水文模型是分析灌区等大尺度区域回归水及其重复利用的有效工具,但当前的分布式水文模型主要针对自然流域开发,将其直接用于灌区存在不足。鉴于此,本文以swat模型为基础工具,针对南方多水源水稻灌区的特点对其进行改进,以湖北省漳河灌区的杨树垱流域为例对改进swat模型进行适应性验证。继而基于改进swat模型模拟结果提出灌区回归水及其重复利用量的计算方法,并分析回归水重复利用尺度效应及不同节水情景下回归水重复利用规律。最后提出基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力计算方法,分析不同节水情景下灌溉用水效率及节水潜力的变化规律,同时探明不同方法灌溉用水效率及节水潜力之间的关系及原因。首先对swat模型进行改进,对水文响应单元的水循环结构及稻田水平衡要素计算进行了改进,并添加了多水源自动灌溉模块。以杨树垱流域为例对改进swat模型进行适应性验证,利用杨树垱流域出口径流资料、典型田块逐日蒸发蒸腾量试验观测数据及不同水源灌溉用水量资料对模型进行校正和验证。结果表明,改进swat模型模拟效率满足水文模型评价标准,并且明显优于原swat模型,更适合多水源水稻灌区水循环过程模拟。其次,基于改进swat模型的模拟结果提出灌区回归水及其重复利用量计算方法,明确降雨及灌溉回归水量有效区分方法,并以典型子流域回归水试验分析数据验证方法的合理性。以降雨灌溉水重复利用率及灌溉水重复利用率表示回归水重复利用,分析了回归水重复利用的尺度效应及原因,结果表明,随着尺度的增大,降雨灌溉水重复利用率、灌溉水重复利用率逐渐增大,前期增幅较大,后期增幅较小,到达一定尺度后趋于稳定甚至略微降低,尺度效应是由于随尺度的增大回归水被塘堰及排水沟道多次拦截利用,回归水取用次数随尺度增加并趋于稳定所致。此外,基于改进swat模型分析计算不同节水情景下的灌溉水重复利用率,结果表明,随着塘堰汇流面积增大,灌溉水重复利用率逐渐增大;随着渠道防渗标准的提高,灌溉水重复利用率逐渐降低;水稻节水灌溉模式下的灌溉水重复利用率高于传统淹灌模式。最后,提出基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力计算方法,分析不同节水情景传统方法下的灌溉水利用系数及灌溉取水节水潜力、基于回归水重复利用的灌溉用水效率及回归水节水潜力、基于蒸发蒸腾量的资源节水潜力的变化规律。结果表明,增大塘堰汇流面积及提高渠道防渗标准两种节水情景下,两个灌溉用水效率逐渐增加,灌溉取水节水潜力及回归水节水潜力均增加,但基本不存在资源节水潜力;水稻节水灌溉模式下两个灌溉用水效率均高于传统淹灌模式,且相对于传统淹灌,三种节水潜力均存在。此外,对不同节水潜力之间的关系及原因进行了分析,结果表明,资源节水潜力主要是基于区域蒸发蒸腾量进行计算,与另外两种节水潜力不存在特定关系;回归水节水潜力的计算是在灌溉取水节水潜力的基础上减去由于回归水重复利用引起的节水量差值。对于保持作物净灌溉需水量不变的节水措施,若能提高回归水重复利用率,灌溉取水节水潜力小于回归水节水潜力,若降低回归水重复利用率,灌溉取水节水潜力大于回归水节水潜力。此外,对于能降低作物净灌溉需水量的节水措施,灌溉取水节水潜力及回归水节水潜力之间的关系则由灌溉水重复利用率及作物净灌溉需水量的变化共同决定。

关键词：灌区回归水重复利用水稻多水源灌溉用水效率节水潜力改进swat模型

改进的swat模型在大凌河流域的适用性分析

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人民珠江 2015年第6期36卷 74-76页

作者：王威杨丽辽宁泽龙水利实业有限责任公司辽宁沈阳110000

针对swat模型在融雪径流模拟中的不足,引入SRM融雪径流模型对swat模型的融雪径流模块进行改进,以大凌河大城子水文站以上集水区域为研究区域,基于大城子水文站2001—2010年水文数据,运用改进的swat模型模拟其径流过程,并和传统swat模型... 详细信息

针对swat模型在融雪径流模拟中的不足,引入SRM融雪径流模型对swat模型的融雪径流模块进行改进,以大凌河大城子水文站以上集水区域为研究区域,基于大城子水文站2001—2010年水文数据,运用改进的swat模型模拟其径流过程,并和传统swat模型进行对比。研究成果表明:改进后的swat模型适合于大凌河流域的融雪径流模拟,其模拟的径流深相对误差小于10%,确定性系数达到0.7以上;改进后的swat模型更适合于大凌河流域的径流模拟,其模拟的径流深相对误差平均值比传统swat模型,减少3.98%,确定性系数均值提高0.068。研究成果对于大凌河流域的融雪径流模拟及分布式水文模拟模型选择提供参考价值。

关键词：改进swat模型传统swat模型径流模拟大凌河流域.

改进的swat模型在灌区作物冻融期径流融雪补给模拟中的应用

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水利规划与设计 2018年第3期 42-44,86页

作者：习丽丽辽宁省沈阳水文局辽宁沈阳110043

文章引入积温梯度修正方程对传统swat模型进行改进,并对辽宁中东部某灌区作物冻融期的径流融雪补给进行模拟。此外,结合灌区内小流域径流试验站数据对模型精度进行评定。评定结果表明:改进的swat模型在灌区作物冻融期径流模拟精度上较... 详细信息

文章引入积温梯度修正方程对传统swat模型进行改进,并对辽宁中东部某灌区作物冻融期的径流融雪补给进行模拟。此外,结合灌区内小流域径流试验站数据对模型精度进行评定。评定结果表明:改进的swat模型在灌区作物冻融期径流模拟精度上较传统模型具有较大程度的改善,冻融期径流模拟误差减少15.1%,确定性系数提高0.29。气温是灌区作物冻融期影响的主要敏感因子,其敏感度均值达到0.69,冬季降雪属于次要因子,其敏感度均值为0.17。研究成果对于灌区作物冻融期融雪径流模拟提供参考。

关键词：改进swat模型积温梯度修正方程作物冻融期融雪径流补给气象敏感性分析辽宁中东部某灌区

遥感数据驱动下的喀斯特小流域径流模拟变化研究

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遥感数据驱动下的喀斯特小流域径流模拟变化研究

作者：张广映贵州大学

学位级别：硕士

水文模拟是探索水文过程和水循环规律的重要手段,水文模型作为水文模拟的一种手段,被众多学者广泛接受。但在西南喀斯特地区,水文站点数量少、分布不均,水文资料难以获取。探索利用卫星遥感数据驱动水文模型进行区域高时空分辨率下的径... 详细信息

水文模拟是探索水文过程和水循环规律的重要手段,水文模型作为水文模拟的一种手段,被众多学者广泛接受。但在西南喀斯特地区,水文站点数量少、分布不均,水文资料难以获取。探索利用卫星遥感数据驱动水文模型进行区域高时空分辨率下的径流模拟,对于准确描述区域降水的时空变化特征和精准模拟区域水文过程具有重要的现实意义。本研究以典型喀斯特流域——织金河小流域为研究对象,对喀斯特地区径流过程进行模拟预测。采用遥感降水数据作为径流模拟数据来源,拟提高流域径流模拟中降水数据的准确性和全面性;其次拟采用CMIP6模式未来情景数据对2021～2060年径流变化进行模拟,为系统性规划未来水资源分配、制定水资源保护措施提供科学依据。论文主要内容及取得成果如下:(1)将GPM＿IMERG卫星遥感降水数据作为数据来源。选取NDVI、LST和SLOPE为辅助变量,利用多因子地理加权回归模型对卫星降水数据降尺度处理,得到空间分辨率为1km的降水数据。利用雨量站实测降水数据对卫星降尺度降水数据进行精度分析,其R、MAE和RMSE平均为0.82、2.67mm和5.38mm,精度分析结果满足要求。说明GPM＿IMERG卫星降水数据对于研究流域具有适用性,在缺少雨量站点实测数据的前提下,一定程度上可使用GPM＿IMERG卫星降水数据代替地面站点降水数据进行相关研究与应用。(2)引入落水洞水文过程,改进swat模型含水层补给模块。通过刻画落水洞地貌下的产、汇流过程,将地下水补给过程从土壤剖面渗透的单一途径变为考虑落水洞渗透过程,将焦点集中于地表径流通过落水洞直接补给地下水,大大缩短了落水洞地貌下的地下水补给时间,考虑浅层和深层含水层补给过程的延迟时间对模型的影响,加强了模型在非松散均匀介质流域的应用。最后将落水洞水文过程通过Fortran语言编写代码,嵌入swat源代码中实现模型改进。(3)基于流域内基础地理数据、遥感降水数据和实测气象数据搭建织金河小流域swat模型并对模型改进前后径流模拟能力进行适用性评价。结果表明,在率定期(2013～2017年)改进前模型决定系数R为0.80,NSE为0.76,|Re|为14.50%,改进后模型决定系数R为0.83,NSE为0.78,|Re|为14.77%;在验证期(2018～2020年)内,改进前模型决定系数R为0.86,NSE为0.84,|Re|为12.83%,改进后模型决定系数R为0.94,NSE为0.83,|Re|为11.67%。改进后的swat模型在径流模拟时重点考虑了产、汇流过程对含水层补给方式的响应,说明在喀斯特地区落水洞地貌下的水文过程是不可忽略的。(4)评价和修正CMIP6模式未来情景下的气温和降水数据,并分析其未来趋势变化。结果表明未来气温和降水总体呈上升趋势。将气温和降水数据输入swat模型,预测研究区未来40年径流变化。结果表明,与基准期(2011-2020年)相比较,未来径流量呈增加趋势,5～7月的月均流量普遍低于基准期,8～12月的月均流量普遍高于基准期,1～4月的月均流量与基准期基本重合。结合径流增幅和径流总量对气温、降水的响应情况,说明较气温因素而言,降水因素是影响径流变化的重要原因。

关键词：改进swat模型 GPM降水数据降尺度径流模拟未来气候情景

不同施肥制度下水稻灌区面源污染排放的数值模拟

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灌溉排水学报 2011年第2期30卷 23-26页

作者：史伟达崔远来王建鹏何军武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 华东勘测设计研究院杭州310014

以我国南方典型水稻种植区漳河灌区的杨树垱小流域作为研究区域,基于改进的swat模型,应用研究区2005—2009年径流监测资料和2009年氮磷污染负荷实测数据对主要参数进行率定和验证,表明改进后的模型在研究区的适用性。模拟分析了不同施... 详细信息

以我国南方典型水稻种植区漳河灌区的杨树垱小流域作为研究区域,基于改进的swat模型,应用研究区2005—2009年径流监测资料和2009年氮磷污染负荷实测数据对主要参数进行率定和验证,表明改进后的模型在研究区的适用性。模拟分析了不同施肥制度下的氮磷负荷排放规律,结果表明,减少水稻田的施肥量和增加施肥次数,可以有效的降低稻田氮磷污染负荷的排放量,以及杨树垱水库的入库负荷,模拟结果可为高效、减污的水稻灌区施肥管理提供决策依据。

关键词：水稻灌区改进swat模型面源污染施肥制度

洱海典型灌区小流域土地利用类型对流域产流产沙及非点源氮磷流失影响规律模拟

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中国农村水利水电 2018年第11期 93-97页

作者：童晓霞王一峰许文盛刘纪根张平仓长江水利委员会长江科学院武汉430010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010

以洱海的洱源典型小流域为研究区,基于swat模型,模拟了2001-2014年不同土地利用条件下灌区产流、产沙及非点源氮磷的流失规律。结果表明,不同土地利用类型的总径流产流能力由强到弱依次为林草地、水田、旱地。不同土地利用类型产沙量、... 详细信息

以洱海的洱源典型小流域为研究区,基于swat模型,模拟了2001-2014年不同土地利用条件下灌区产流、产沙及非点源氮磷的流失规律。结果表明,不同土地利用类型的总径流产流能力由强到弱依次为林草地、水田、旱地。不同土地利用类型产沙量、总氮、总磷排放总量及单位面积排放量均呈现出旱地>水田>林草地的规律。由此可知,旱地和水田的氮、磷排放是灌区农业非点源氮、磷污染的主要来源。因此,选择合理的农田管理措施,有效控制旱地、水田的氮、磷排放是防控灌区农业非点源氮、磷污染的关键。

关键词：改进swat模型土地利用产流产沙非点源氮、磷数值模拟

不同土地利用对灌区土壤侵蚀和氮、磷流失的影响

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不同土地利用对灌区土壤侵蚀和氮、磷流失的影响