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基于swim模型模拟气候变化对青海湖布哈河流域水文过程的影响

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北京师范大学学报（自然科学版） 2017年第2期53卷 208-214页

作者：周一飞陈慧颖张淑兰黄永梅北京师范大学地理科学学部资源学院北京100875 佳木斯大学黑龙江佳木斯154007

本文基于青藏高原地区气候变化的预估结果,利用swim模型模拟了该地区最具有代表性的布哈河流域在未来3个时期(2016—2035年、2046—2065年和2081—2100年)径流深、实际蒸散量和深层渗漏量的变化及其时空格局.结果表明:1)模型对布哈河流... 详细信息

本文基于青藏高原地区气候变化的预估结果,利用swim模型模拟了该地区最具有代表性的布哈河流域在未来3个时期(2016—2035年、2046—2065年和2081—2100年)径流深、实际蒸散量和深层渗漏量的变化及其时空格局.结果表明:1)模型对布哈河流域径流的模拟结果较为理想,表明swim模型在高寒地区有较强的适用性;2)随着降水的增加和气温的持续上升,流域的径流深和实际蒸散量在2100年前会持续增加,而深层渗漏量则先下降后上升;3)气候变化对流域水文过程的影响有季节差异性,其对深层渗漏量的影响集中于7、8月,而对径流深和实际蒸散量的影响主要在6—8月期间;4)流域各水文过程及其在不同时期的变化呈现一定的空间差异性.

关键词：气候变化 swim模型青海湖布哈河流域水文模拟

基于swim模型分析土地利用变化对黄前流域产流的影响

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基于SWIM模型分析土地利用变化对黄前流域产流的影响

作者：徐艳会山东农业大学

学位级别：硕士

黄前流域内为发展经济大力发展经济林,导致了土地利用类型的改变,土地利用的变化流域内的产水量有很大影响。研究土地利用变化对径流的影响,对于流域水资源规划、管理与可持续发展具有重要的意义。本文以泰安市的重要供水水源地——黄... 详细信息

黄前流域内为发展经济大力发展经济林,导致了土地利用类型的改变,土地利用的变化流域内的产水量有很大影响。研究土地利用变化对径流的影响,对于流域水资源规划、管理与可持续发展具有重要的意义。本文以泰安市的重要供水水源地——黄前流域为研究区,以2005年TM和2008年ALOS两个典型时期的遥感影像为主要信息源,综合运用遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）,通过人机交互解译并进行野外调查和验证,对黄前流域的土地利用格局和动态进行了研究;应用分布式生态水文模型swim（Soil and Water Integrated Model）模型模拟土地利用变化对黄前流域产水量的影响。主要成果如下:1、阐明了黄前流域土地利用格局及动态变化特征（1）黄前流域土地利用格局和空间分布特征2008年黄前流域土地利用类型主要是以经济林和防护林为主,面积分别为144.78km、105.06km,占流域的比例分别为49.2%、35.7%;耕地、城镇交通用地、水域和未利用地面积很少。土地利用的空间分布特点为,土地利用类型由沟道到山顶呈带状分布依次为:水域、耕地、经济林、防护林;城镇用地片状分布在沟道两边,交通用地带状贯穿于城镇用地,未利用地零星状分布在防护林中。（2）黄前流域土地利用变化特征黄前流域2005年到2008年土地利用类型变化面积增加的为经济林、未利用地、城镇交通用地和水域;防护林和耕地的面积减小。经济林的分布则由原来的仅在沟道两旁无规律的片状分布转变为呈环状沿山坡向上分布的趋势,城镇村由原来的沿沟道零星状分布转变为呈片状沿沟道分布,防护林分布趋势由在山坡全坡向山的上部缩减,未利用地在空间的分布没有变化。综上所述,植被覆盖度提高和经济林转化为防护林时,径流在产流过程中流域的基流增加,提高了水的利用率,流域的产水量减少。2、分析了土地利用变化对黄前流域产水量的影响利用MapwindowsGIS软件的Watershed Delineation工具,以DEM为基础数据将黄前流域划分为23个亚流域,328个水文单元（HRU）。其最大亚流域面积28.69km,最小亚流域面积1.86km。应用模型模拟黄前流域的产流可以得到较好的效果,其率定期间（2005年）效率系数为0.53,总流量的相对误差为-15%;检验期间（2008年）率定系数为0.51,总流量的相对误差为-11%,通过模型模拟得到:（1）不同植被覆盖度下经济林、防护林对流域产流的影响通过模拟值与实际观测值得比较可以得出,植被覆盖度<45%时,植被覆盖度越高经济林和防护林流域的产流则变小,当植被覆盖度在45-60%时,流域的产流量不会随着植被覆盖度范围的变化而变化,此植被覆盖度范围为植被变化对产流影响的临界范围。其中经济林的临界范围为45-60%,防护林的临界范围为60-75%。（2）土地利用变化与植被覆盖度对流域产流贡献的分析采用经济林中植被覆盖度在30-45%的数据,将经济林调整为防护林,其他的土地利用类型和植被覆盖度不变。通过模拟分析,流域产水的曲线更为平滑,减小的流域产水量为110.03万m,与植被覆盖度为45-60%的经济林的模拟相比减少了11.27万m的水量,表明与植被覆盖度相比土地利用的改变对流域产流量的贡献较大。3、提出了黄前流域土地利用规划设计建议为了建设生态流域、经济流域同时提高流域的水质,减小面源污染物对流域内水质的影响,增加黄前水库的水源涵养林的面积和保证水库水量和质量,发展黄前流域的经济,对黄前流域的土地利用规划为:改25-35°的经济林9.65km和15-25°的经济林39.38km经济林为防护林;调整植被覆盖度发展土地利用和物种的多样性,合理且充分的利用流域资源;根据黄前流域地形分布的特点,对研究区进行分区,进行分区治理。

关键词：黄前流域土地利用类型 swim模型

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基于swim模型的洱海流域产流模拟研究

安徽农业科学 2012年第11期40卷 6905-6906,6920页

作者：李岑杨昆云南师范大学西部资源环境地理信息技术教育部工程研究中心云南昆明650092

利用DEM、土地利用图、气象水文观测数据,使用swim模型对洱海流域产流进行了模拟,比较模拟值和观测值得到效率系数为0.49,总流量相对误差为-18%。

关键词： swim模型产流模拟洱海流域

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swim水文模型在王家坝地区的适用性评估

水土保持通报 2018年第1期38卷 152-159页

作者：高超陆苗姚梦婷孙艳伟宁波大学地理与空间信息技术系浙江宁波315211 安徽师范大学国土资源与旅游学院安徽芜湖241000

[目的]评估swim水文模型参数值变化对模拟王家坝地区径流精度的影响,为王家坝地区洪涝灾害的预报和减灾提供科学支持,并为swim在其他地区应用提供参照。[方法]利用王家坝地区率定期(1959—1978年)和验证期(1979—2008年)的实测数据,得... 详细信息

[目的]评估swim水文模型参数值变化对模拟王家坝地区径流精度的影响,为王家坝地区洪涝灾害的预报和减灾提供科学支持,并为swim在其他地区应用提供参照。[方法]利用王家坝地区率定期(1959—1978年)和验证期(1979—2008年)的实测数据,得到最优参数组合后定量分析swim在王家坝地区对7个可率定参数的敏感性。[结果]率定期和验证期模拟日径流量纳西效率分别达0.79和0.81,相对误差分别为22%和7.8%。随着参数thc(计算潜在蒸腾时对大气散射率的校准因子)值的增大,相对误差显著下降,其对thc值的敏感性强于纳西系数。roc_4(河道汇流系数)比roc_2(河道汇流系数)更能影响日径流,而roc_2对径流影响汛期大于非汛期。随着参数sccor(饱和传导率校正因子)值的增大,模拟精度在汛期提高非汛期降低。[结论]率定后的swim模型在王家坝地区适用性良好;swim模拟结果在王家坝地区对thc,cnum_1(曲线数法代码为1时,CN条件1),cnum_3(曲线数法代码为1时,CN条件3),roc_2,roc_4,sccor取值变化比较敏感,对参数bff(基流因子),gwq()(初始地下流对径流量的贡献)和abf()(地下水阿尔法因子)取值变化不敏感。

关键词： swim模型纳西效率模型适用性参数敏感性王家坝地区

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泾河上游流域实际蒸散量及其各组分的估算

地理学报 2011年第3期66卷 385-395页

作者：张淑兰于澎涛王彦辉张海军 Valentina Krysanova HUANG Shaochun 熊伟徐丽宏中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所北京100091 佳木斯大学生命科学学院黑龙江佳木斯154007 Potsdam Institute for Climate Impact Research P.O.Box 601 203TelegrafenbergD-14412PotsdamGermany

利用分布式生态水文模型swim,基于泾河上游(泾川测站以上)植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明:swim模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(19... 详细信息

利用分布式生态水文模型swim,基于泾河上游(泾川测站以上)植被、土壤、气象和水文数据对研究区进行了水文过程的模拟,从而估算了流域的实际蒸散量及其各组分。结果表明:swim模型能够较好的模拟泾河上游流域的水文过程,模拟的流域多年(1997-2003年)平均实际蒸散量为443mm,其中土壤蒸发量为259mm,植被蒸腾量为157mm,冠层截持量为27mm。石质山区的森林覆盖区和非森林地的年蒸散总量在整个流域分别具有最大值和最小值,为484mm和418mm;黄土区实际蒸散量介于二者之间,平均为447mm。森林覆盖地区土壤蒸发明显小于其它区域,而蒸腾和冠层截留明显大于其它区域。年内蒸散量主要集中在5-8月份,占全年总蒸散量的60%,且冠层蒸散比例较大达63%。整个流域湿润年份较干旱年份蒸散量增加了78mm,其中土壤蒸发增加最多,其次是冠层蒸腾,冠层截留蒸发最小。

关键词： swim模型实际蒸散时空格局泾河甘肃

气候变化对干旱缺水区中尺度流域水文过程的影响

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干旱区资源与环境 2013年第10期27卷 70-74页

作者：张淑兰于澎涛张海军高娃王彦辉中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业局森林生态环境重点实验室北京100091 佳木斯大学公共卫生学院生命科学学院佳木斯154007 内蒙古自治区土壤肥料工作站呼和浩特010011

基于1997-2003年的气象水文资料,选择了黄土高原泾河流域上游,对半分布式生态水文模型swim进行了率定和验证,并以流域历史气象条件为基准,固定其它气候因素不变,针对单一气候因素变化(降水或温度)进行了情景模拟,分析、评价了降水和温... 详细信息

基于1997-2003年的气象水文资料,选择了黄土高原泾河流域上游,对半分布式生态水文模型swim进行了率定和验证,并以流域历史气象条件为基准,固定其它气候因素不变,针对单一气候因素变化(降水或温度)进行了情景模拟,分析、评价了降水和温度对流域径流量、蒸散量和土壤蓄水量各水文过程的影响。结果表明:流域降水量增加(减少),年径流、蒸散及蒸散分量、土壤蓄水量均增加(减少),且降水转化为各水量平衡分量的比例大小依次为径流量(蓝水)>蒸散量(绿水)>土壤蓄水量;流域温度升高,蒸散及其分量随之增加,但径流和土壤蓄水量则随之相应减少。研究结果对于变化环境下的干旱区流域水资源管理具有一定的意义。

关键词：气候变化水文响应中尺度 swim模型

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区域水资源植被承载力计算系统开发及其应用

区域水资源植被承载力计算系统开发及其应用

作者：潘帅中国林业科学研究院

学位级别：硕士

我国黄土高原地区一方面干旱缺水，另一方面又急需要尽快恢复森林植被，改善生态环境。合理恢复森林植被是实现该区林水综合管理的关键，确定区域水资源的植被承载能力是合理恢复森林植被的基础和前提。为此，本文提出了区域水资源植被... 详细信息

我国黄土高原地区一方面干旱缺水，另一方面又急需要尽快恢复森林植被，改善生态环境。合理恢复森林植被是实现该区林水综合管理的关键，确定区域水资源的植被承载能力是合理恢复森林植被的基础和前提。为此，本文提出了区域水资源植被承载力的定义并确定了区域水资源植被承载力的评价指标体系，应用C#语言开发了区域水资源植被承载力计算系统，并应用本系统确定了泾河上游的水资源植被承载力，本研究旨在为干旱缺水地区水资源的合理配置和林-水综合管理提供技术支持和科学指导。主要结果如下：1.泾河上游森林植被恢复对径流的影响在泾河上游恢复森林植被，会导致年径流深、枯水季径流深显著下降，但这种造林减水作用既受到植被结构特征（叶面积指数）的影响，又具有较大的空间差异。随着林分叶面积指数的增大，年径流深和枯水季径流深随森林覆盖率增加而下降的速率增加，但当叶面积指数大于2.5时，年径流深和枯水季径流深随森林覆盖率增加而下降的速率达到其最大值，这一最大值在泾河上游石质山区和黄土区之间有较大差别。按森林覆盖率增加流域面积的10%进行核算，在石质山区，最大可导致年径流深减少10.75mm，枯水季径流深减少4.27mm;而在黄土区，最大可能导致年径流深减少4.94mm，枯水季径流深减少1.34mm。2.区域水资源植被承载力的定义根据前人有关水资源承载力、土地承载力、土壤水分植被承载力的定义，将区域水资源植被承载力定义为“为维护区域（流域）生态环境和社会经济协调发展，满足区域（流域）特定产流需求时，区域土地资源可以承载的最大植被负荷”。区域水资源植被承载力可表示为区域内不同植被覆被比例、各立地条件不同植被覆被比例及其叶面积指数。3.区域水资源植被承载力计算系统的建立以分布式水文模型swim为基础，利用C#语言，采用了模块化的结构开发了区域水资源植被承载力计算系统。该系统由数据管理、水文模拟、径流统计与分析、承载力计算等功能模块构成，其中数据管理模块可以实现统计、显示和存储不同植被恢复情景的本信息（不同植被覆被比例）;水文模拟模块则可以实现调用swim模型模拟不同植被恢复情景的水文过程，实现情景模拟的批处理，提高了模拟效率;径流统计与分析模块可以区分不同降水年份，统计包括日尺度、月尺度、季尺度和年尺度的径流指标，采用图形化的方式帮助用户分析和比较不同植被恢复方案对径流的影响，直观明了。利用承载力计算模块，用户可以根据实际需求，组合不同产流指标，优选满足特定产流需求的植被恢复或管理方案，提高了本系统的适用性。4.泾河上游水资源植被承载力在定量评价森林分布和结构特征对径流影响的基础之上，考虑保障农业土地利用、立地条件限制及该区生态环境建设的需要，确定泾河上游水资源植被承载力如下：当泾河上游产流量需保持在37.8mm（当前径流量的90%）以上时，泾河上游黄土区位于坡度0～15°的草地和沟谷地上的草地均可恢复为叶面积指数大于1.5的森林。其中，在年降水量高于550mm的地区及沟谷等立地具有较好的水分条件，叶面积指数可大于2.5，而对于年降水量低于550mm的立地，其叶面积指数宜小，宜维持在1.5～2之间。当泾河上游产流量需保持在33.88mm（当前径流量的80%）以上时，泾河上游黄土区坡度小于25°、沟谷地和石质山区的沟谷川地均可恢复为森林，此时泾河上游森林覆盖率可达34.01%。其中黄土区年降水量大于550m的阴坡立地、沟谷地、石质山区沟谷立地，叶面积指数宜大于2.5，其它立地叶面积指数宜控制在1.5～2之间。当要求泾河上游产流量需保持在29.65mm（当前径流量的70%）以上时，泾河上游森林覆盖率可进一步增加到38.8%，较产水需求为33.88mm时的植被恢复方案而言，石质山区的海拔2300m以下的阴坡草地可恢复为森林，该立地叶面积指数宜在2.5以上。如果产流需求进一步降低至25.42mm（当前径流量的60%），则可以进一步将海拔2300m以下的阳坡草地恢复为森林，但该立地的叶面积指数不宜超过2。如果仅要求产流量高于现有产流量的50%(21.3mm)即可，根据本文的模拟结果，泾河上游适宜恢复为森林的草地均可恢复为森林植被，其森林覆盖率可达到43.31%。

关键词：径流水资源植被承载力 swim模型 C#语言泾河叶面积指数

泾河流域土地利用景观格局变化及其对径流的影响

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泾河流域土地利用景观格局变化及其对径流的影响

作者：刘芳中国林业科学研究院

学位级别：硕士

黄土高原是世界上水土流失最为严重的区域之一。该地区森林覆盖率低、水资源短缺、生态环境十分脆弱。近几十年来,在该区开展的荒山造林、退耕还林还草等重大林业生态工程无疑对遏制水土流失和改善生态环境起到了积极的改善作用。然而,... 详细信息

黄土高原是世界上水土流失最为严重的区域之一。该地区森林覆盖率低、水资源短缺、生态环境十分脆弱。近几十年来,在该区开展的荒山造林、退耕还林还草等重大林业生态工程无疑对遏制水土流失和改善生态环境起到了积极的改善作用。然而,这些生态工程的实施也显著地改变了区域内的土地利用/覆被和景观格局,并深刻地影响着流域的水文循环过程和水资源安全。因此,深入认识土地利用/覆被变化和景观格局变化之间的关系以及预测退耕还林工程后森林植被变化对径流量的长期影响,不仅对于揭示土地利用类型和景观格局变化对于水文过程的影响机制具有重要的理论价值,而且可为流域水土资源的合理规划和生态恢复等提供宝贵的指导意见。本研究以位于黄土高原中部的泾河流域为研究区域,收集了流域水文、气象和土地利用等方面的数据,基于Arc GIS、Fragstats和统计软件研究了流域土地利用类型和景观格局变化及对径流的影响。首先,分析了泾河流域1966-2010年间降水量和径流量的动态变化特征,确定了年径流量发生突变的时间点,并以此量化评估了气候变化(主要是降水)与人类活动对径流影响的贡献率。其次,研究了泾河流域1980-2015年间土地利用/覆被及其景观格局的变化特征,并分析了流域径流的响应。最后,为预测退耕还林工程实施后对流域径流量的长期影响,以泾河干流上游为例,模拟分析了不同森林覆盖率和林龄华北落叶松人工林对径流的影响。主要结论如下:(1)采用Mann-Kendall非参数检验法、Sen斜率估计法和Mann-Kendall秩检验法研究了流域降水量和径流量的年际变化规律,结果表明:1966-2010年间泾河流域的降水量呈微弱的下降趋势,但趋势不显著,平均每年降低0.6 mm;流域的年径流深呈极显著降低,平均每年降低0.7 mm。综合应用累积距平曲线法和双累积曲线法确定了1986年和1997年为降水-径流关系变化的突变点,并将整个研究期分为三个时期:1966-1985年、1986-1996年和1997-2010年。以1966-1985年为基准期,应用双累积曲线法计算得出:气候变化(主要指降水)对径流减少的贡献率由1986-1996年的60.7%下降到1997-2010年的16.8%,而人类活动对径流减少的贡献率则由39.3%上升到83.2%,表明人类活动已成为影响流域径流减少的主要原因。(2)应用Arc GIS 10.2软件分析了泾河流域的土地利用/覆被演变特征,结果表明:1980-2015年间,耕地和草地是泾河流域的主要土地利用类型,二者共占总面积的87%以上;其次是林地,占比8.98%-9.97%;而水域、建设用地和未利用土地三者之和占比小于2.90%。从空间分布来看,耕地、草地和林地都呈现出镶嵌布局的分布特征。1980-2015年泾河流域的土地利用转移主要发生在耕地、林地、草地和建设用地之间,尤其在退耕还林还草工程实施初期(2000-2005年),流域总体净变化率(Sa=1.11%)、转移态势(Pt=0.71)和净变化速度(Rt=0.22%)都超过了其它时段,表明在此时段内土地利用类型之间的转换程度最剧烈。具体来说,1995-2015年间流域耕地减少了949.04 km2,主要是流向了林地、草地和建设用地,而林地增加了441.09 km2,则主要来源于耕地和草地,草地面积增加了223.54 km2,主要来源于耕地和林地,建设用地面积增加了307.37 km2,主要来源于耕地,而水域面积总体变化不大。(3)应用Fragstats 4.2软件分析了流域景观格局的变化特征,结果表明:1980-2015年间泾河流域景观格局整体朝着低连通、破碎化和异质性高的方向演变。在斑块类型水平上,林地是流域内最破碎的景观类型;耕地和草地在流域内有较大的优势度,但二者均呈现出先增加后降低的趋势;受人类活动的影响,耕地、林地以及水域的斑块形状趋于简单规则化,而草地和建设用地斑块形状则向复杂化演变。(4)应用Spearman相关分析研究了景观格局与径流之间的关系,结果表明:最大斑块指数(LPI)、蔓延度指数(CONTAG)和面积加权平均斑块形状指数(AWMSI)与年径流深呈显著或极显著正相关,说明斑块优势度的提高、聚集度的增加和其形状的复杂化有利于径流的形成;相反地,斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、景观分割度(DIVISION)和Shannon均匀度指数(SHEI)与年径流深呈显著或极显著负相关,说明景观破碎化和异质性的提高对径流有明显的阻滞作用。(5)以华北落叶松人工林为例,应用swim生态水文模型模拟研究了流域森林景观格局变化的水文响应,结果表明:在泾河干流上游,随着华北落叶松人工林覆盖率的增加,流域的蒸散量呈增加趋势,但年径流深、枯水期径流深和丰水期径流深均呈下降趋势;随着华北落叶松人工林林龄的增加

关键词：泾河流域降水量径流量土地利用变化景观格局森林 swim模型

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土地利用模式对辽东河流生态水文影响研究

水土保持应用技术 2017年第1期 42-44页

作者：肖秀春辽宁省朝阳水文局辽宁朝阳122000

保采用分布式水文模型swim模型对辽宁东部区域河流不同土地利用模式下生态水文过程进行模拟分析,结果表明:将流域内坡度>25°的坡地变成林地或草地的土地利用模式情景(情景1和2)对于改善辽宁东部河流泥沙含量效果最明显,但是水量有所减... 详细信息

保采用分布式水文模型swim模型对辽宁东部区域河流不同土地利用模式下生态水文过程进行模拟分析,结果表明:将流域内坡度>25°的坡地变成林地或草地的土地利用模式情景(情景1和2)对于改善辽宁东部河流泥沙含量效果最明显,但是水量有所减小;城镇土地利用面积增加情景(情景4和5)下流域水量有所增加,泥沙有所减小,但并未将城镇面积增加导致的生活污水排放增加考虑在内。研究成果对于区域土地利用模式变更和规划提供参考。

关键词： swim模型土地利用模式方案生态水文模拟辽宁东部区域河流