SWAT分布式水文模型在黑河干流山区流域的改进及应用

在集成地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的SWAT(Soil and Water Assessment Too1)分布式水文模型改进的基础上，对黑河干流山区流域出山径流进行了模拟。SWAT-GIS按不同的地形、土壤类型、土地利用或覆盖类型将整个流域划分成157个具有相似水文特征的水文响应单元(HRU)。通过模拟结果比较，表明浅层蓄水层回归因子(基流回归因子)、海拔高度带的划分分别对黑河干流山区流域地下径流和融雪径流过程有重要的影响，是该模型模拟精度高低的关键。通过参数的调整，1990～2000年月平均径流模拟结果显示，莺落峡站出山径流模型效率系数R^2达到0．88，相关系数r^2接近0．91。     

基于分布式水文模型的黑河流域天然植被耗水量估算

深入了解我国西北地区天然植被的水文循环过程对保护该地区水资源和环境有着重要意义.植被耗水作为最为关键的一环,对水文循环影响重大.由于不同类型植被的根系吸水能力、叶面截留以及蒸散能力在各生长阶段不尽相同.因此,如何全面反映流域天然植被耗水量是较为困难的.本研究将分布式水文模型GISMOD与农业气象原理相结合对植被耗水量进行估算.该方法首先通过有效积温和土壤水分对植被叶面积指数进行计算,然后结合模型输出的潜在蒸散量、可利用水资源量和植被需水经验公式对植被耗水量进行估算.最后,通过黑河流域的实例研究对方法进行验证.结果表明,GISMOD结合农业气象原理对天然植被耗水量进行估算是可行的.     

水体对土地利用影响分析——以黑河流域为例

以黑河流域为例,进行水体对土地利用影响的定量分析.利用2000和2010年两期30m分类数据,对黑河流域的土地覆盖变化及原因进行了分析,然后结合DEM数据,以流域内水体为中心,建立一系列距离不同的双侧对称缓冲区,结合统计分析原理,从整个流域尺度上定量分析不同土地覆盖类型面积与水体缓冲距离的变化特征,发现冰雪的分布面积与水体缓冲距离呈二次方关系,而其他土地覆盖类型均为倒数关系.考虑到黑河主要耗水量集中在中游的实际情况,进而从上中下游尺度对土地分布进行统计分析.     

内陆河不同方法的河流生态流量确定分析研究——以张掖市黑河为例

《水污染防治行动计划》将生态流量纳入水资源调度方案,是一个重大的制度创新.为合理开发与优化配置水资源,履行河湖生态流量水量管理职责,强化河湖生态环境保护,维系河湖生态功能.水利部已启动第一批重点河湖生态流量保障试点工作,但缺少内陆河流域生态流量确定的具体要求,参照有关规范对张掖市黑河生态流量确定分析研究,从而推动内陆河...     

基于VIC模型的黑河上游流域径流模拟不确定性分析

研究采用VIC(variable infiltration capacity)模型对黑河上游流域地区的水循环过程进行模拟,并应用GLUE(generalized likelihood uncertainty estimation)不确定性分析方法定量探讨模型参数的敏感性和输出的不确定性.研究结果表明,VIC模型率定期和验证期的Nash效率系数分别为0.62和0.64,流量过程线拟合较好;所选需测定的VIC模型的7个参数中,最大基流量Dmax、下层土壤最大含水量的比例系数Ws以及第一层土壤含水层厚度d13个参数对模型敏感,其中参数d1最为敏感;除部分低流量区外,实测流量基本在置信度90%下模型预报的不确定性范围内.研究结果表明,VIC模型能够较好地模拟黑河上游流域的径流变化过程,具有较好的适应性.     

DEM数据分辨率对黑河金盆水库流域地形参数提取的影响分析

根据陕西省黑河金盆水库流域不同分辨率的DEM数据,采用数理统计方法分析DEM数据分辨率的变化对流域地形参数提取的影响,为建立流域分布式水文模型前期DEM数据分辨率的选择提供参考依据。对流域不同分辨率DEM数据分析得到:随着流域DEM数据分辨率的降低,流域的粗糙度值、最大坡度及平均坡度值、最大高程值、平面曲率和剖面曲率最大值及最小值的绝对值均有减小的趋势,最小高程有增大的趋势,坡向在DEM数据分辨率降低到一定程度时会出现较大变化,地形指数变化范围更趋于集中。     

长江源区SWAT水文模型数据库构建及模型的率定与验证

建立长江源区SWAT水文模型数据库,预测长江源区长时间尺度的水量输出过程、趋势和规律,为研究长江源区水文循环过程对气候变化的响应奠定基础.通过收集与分析长江源区DEM(数字高程数据)影像图、水文、气候等数据,构建长江源区SWAT水文模型数据库,通过长江源区月均径流量、降水量、气温、蒸散发量等数据资料,对建成的模型进行参数率定和模型验证.结果表明,长江源区在1961—1966年和2006年以后的两个阶段内径流量增加;在1967—2005年径流量的变化趋势呈现波动下降.用建立好的SWAT水文模型在长江源区进行模拟,率定期的决定系数为0.84,模拟径流量与实测径流量误差为5.27%.验证期的决定系数为0.89,误差为3.34%.在率定期和验证期内,模拟数值符合度较高,该模型在长江源区较为适用.但春汛期(3—5月)的模拟径流量存在一定误差.SWAT水文模型在长江源区的实际运用可以进一步改进.     

基于土壤地形指数和下垫面水文分区的流域模型参数率定

针对流域水文响应会受到地质、地形、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等下垫面因素综合作用的特点,根据流域下垫面的地理特征进行水文响应分区。借助遥感资料对流域下垫面进行分类并获取土地覆盖/土地利用信息,结合流域土壤类型数据与地形指数推求流域的土壤地形指数。进一步地,利用遥感分类信息和土壤地形指数进行流域的水文分区,率定各个水文分区SCS模型的参数CN值并进行水文模拟,结果表明,屯溪流域21次和东湾流域32次洪水径流模拟相对误差均比传统方法的小。     

流域水文模型的参数全局敏感性分析

基于LSPC构建内蒙大佘太流域水文模拟模型, 利用Morris和Sobol两种全局敏感性分析方法, 识别水文敏感参数及敏感下垫面类型, 评估不同敏感性分析方法和模型输出度量方法对敏感性分析结果的影响。主要结论如下: 1) 模型对日、月两尺度的径流模拟效果好, 模拟值与观测值的决定系数R²>0.6, 纳什系数NSE>0.5, 说明LSPC模型适用于对内陆干旱半干旱地区的流域水文模拟; 2) 两种敏感性分析方法对参数敏感指数排序和敏感参数识别均有影响, 而MAE和MSE两种度量方法的影响主要体现在敏感参数识别方面; 3) 敏感水文参数为下层土壤含水量(LZSN)和地下水蒸发系数(AGWETP), 敏感下垫面类型为草地、耕地、林地和水域, 与大佘太流域的降水和土地利用类型有关。     

干旱区内陆河流域产业结构效益分析——以黑河流域中游张掖市为例

产业结构与区域资源、环境之间存在着强烈的互动关系,以黑河流域中游张掖市为例,将水资源作为产业结构变化的内在驱动力,从经济效益、资源效率、资源供需、环境效益等方面出发对西北干旱区内陆河流域的产业结构效益进行了分析.根据研究区现状,提出了产业结构调整方案.     

蚁群算法在黑河上游VIC模型参数校正中的应用

参数优选是水文模型应用过程中的一项基础性工作.蚁群算法结合了分布式计算和正反馈机制,是一种较容易理解和实现的元启发式算法,已在求解复杂组合问题中展示出优异的性能.本文将蚁群算法应用于黑河上游VIC模型的参数优选中,通过与SCE-UA算法对比,探究蚁群算法在VIC模型中的适用性.经过蚁群算法优选的VIC模型在率定期(2003—2006年)和验证期(2007—2008年)的Nash效率系数分别为0.62和0.65,结果优于SCE-UA算法模拟结果.通过对蚁群算法在应用过程中的参数设定进行初步探究,结果表明:当蚂蚁数目为60,信息素蒸发系数为0.2时,蚁群算法在黑河上游水文模拟中易获得较好的率定结果.研究结果显示:蚁群算法是一种有效的VIC模型参数优选方法,适宜在其他水文模型参数优化进行推广.     

黑河中上游流域水文区划分析比较

选取黑河中上游流域11个水文站点反映流域降水径流特性的7个区划指标,分别应用模糊聚类法和集对分析进行水文区划研究.2种方法比较分析结果表明,应用模糊聚类法将该流域划分为5个子区更为合理.所得分区结果有助于进一步认识该流域水文现象的形成、分布和变化规律,也为黑河流域水文站网合理规划、布设提供了基础,同时也为解决水文资料移用和水资源合理开发提供了依据.     

概念性水文模型HYMOD在雅砻江流域的适用性研究

雅砻江流域蕴藏丰富水能资源,是我国水电开发的重点流域.长时间序列水文数据是水电站设计、水电开发生态效益评估的重要基础数据.当前雅砻江流域水文站点密度稀疏,水文数据较为缺乏.分布式水文模型是估算长时间序列河川流量的常用工具.本研究以雅砻江流域甘孜上游地区为研究区域,探讨使用数据较少的概念性水文模型HYMOD在雅砻江流域的适用性.采用通用似然不确定法GLUE作为HYMOD自动校正及不确定性分析方法.模拟结果表明,模型率定与验证结果 NS系数值均超过0.74,该模型在研究区域的应用效果较好,能够用于估算雅砻江流域长时间序列河川流量.     

WRF和GLDAS降水数据在黑河上游山区流域的比较与分析

参考黑河上游4站点的观测数据,用包含多统计指标的全面评价方法评价了20042009年WRF制备的5 km,1 h降水数据和空间插值后的5 km,3 hGLDAS降水数据.结果表明两者对降雨的时空分布表现均优.WRF产生的<1 mm和>8 mm降水的总日数、总量更符合实际降水情况,但缺少1~8 mm的降水,春季降水峰值偏大,总降水日数偏少.GLDAS降水和观测的相关系数更高,但年降水量偏少;<1 mm降水日数、总量过多,>2 mm降水日数偏少,春季降水峰值过大.由此两组数据驱动模型模拟时,需考虑数据本身的特点,同时黑河流域仍迫切需要更精确的降水数据.     

黑河干流中游地区地表水和地下水集成模拟与应用

黑河干流中游地区内地下水和河水、泉水的转化以及综合利用具有西北干旱区的典型性.在一维明渠汇流和三维地下水流耦合数值模型的基础上,结合1995—2003年的黑河水位、流量和地下水头监测等数据对模型进行了识别,分析了正义峡站黑河水位和流量、地下水头变化和地表水和地下水综合利用状况,说明模型是可靠的.同时,利用GRACE重力卫星和GLDAS土壤含水量数据反演了2004—2012年地下水储量的变化,根据2004—2007年监测和模拟地下水头对比效果反推了研究区的地下水开采量,模拟发现地下水向黑河排泄水量、泉水溢出量和潜水蒸发量基本呈逐渐下降的趋势.其成果可为黑河干流中游地区水资源管理和综合利用提供服务.     

黑河流域上中游植被蒸散发时空演变趋势及其影响因子分析

结合遥感产品及气象站点数据,分析了黑河上中游2001—2012年蒸散发(ET)时空演变规律及分布格局,对比分析地表温度(LST)、空气温度、降雨、水汽压、相对湿度、风速6个环境因子对ET的影响.结果显示,2001—2012年时间段黑河上中游年ET有略微下降趋势(R2=0.01),12a的年平均ET为470.3mm,年ET最小值出现在2001年,2002年发生了"突增",2003—2007年呈现上下波动趋势,2008年发生了"突降",2008—2012年呈现了显著上升的趋势(R2=0.97),同时上、中游区域年平均ET呈不同的变化趋势.对整个研究区域生长季内ET呈显著影响的因子为降雨、空气温度和水汽压.同时,由于气象条件及地表供水条件的时空变化,针对不同区域及不同植被类型,影响ET变化的主要环境因子也发生变化,除空气温度和水汽压之外,农田ET对能量供给的太阳总辐射变化较为敏感,草地ET对水分供给的降雨变化较为敏感,林地ET则对表征大气湍流情况的风速变化较为敏感,而灌木ET对地表温度的变化较敏感.     

黑河生态调水前后中游 土地利用变化分析

水资源对干旱区土地的开发利用起着决定性作用,基于GIS的空间数据处理功能及数学统计分析功能,分析生态调水前后1986—2000年和2000—2005年2个时期黑河中游土地利用的动态变化.结果表明:调水前,耕地和城乡建设用地处于增加状态,调水后增速加快;调水前,林地、草地和未利用土地均处于减少状态,调水后,林地和草地减速有所缓解,未利用土地的减速增加;调水政策的实施使水域面积从减小趋势转变为增加趋势.实施黑河生态调水后,中游土地利用整体变化速度加快.调水前,土地利用变化的主导类型是耕地、草地和水域;调水后,土地利用变化的主导类型为耕地、未利用土地和草地.黑河中游土地资源的开发程度呈增加趋势,调水后比调水前发展速度快.     

黑河上中游流域地表植被对干旱的响应

在干旱半干旱区,水量是植被生长发育的重要因素.本文基于黑河上中游流域2000—2010年MODIS遥感叶面积指数(LAI)产品、中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集等多源数据,计算研究区域各栅格逐月的累积相对湿润指数,通过皮尔逊回归分析,建立LAI与累积相对湿润度指数的相关关系,以此定量评价黑河上中游流域不同土地覆被类型(农田、森林、草地、聚落、湿地)LAI对气象干旱的响应.结果表明:1)植被对干旱的敏感性随植被生长的不同阶段而变化,多数类型的植被在每年的8月份对干旱最为敏感;2)不同类型的植被受干旱影响的程度不同,干旱对农田和草地的影响较大;3)含虚拟变量的回归模型能够合理地描述干旱对植被的影响,模型具有一定的精度.     

黑河流域NPP对气候变化及人类活动的响应?

基于改进的CASA光能利用率模型,利用Spot VEGETATION逐旬NDVI数据,对黑河流域1998—2007年植被NPP进行了估算,在掌握10年黑河流域植被NPP变化趋势基础上,探讨不同类型植被NPP对气候变化的响应机制,定量评估2000年后黑河调水与生态保护建设工程的实施效果.结果表明:从1998—2001年间植被覆盖区域年NPP处于显著下降趋势;而2001—2007年间植被类型NPP处于显著上升趋势,2001年成为这10年间NPP趋势变化的转折点.在大规模黑河调水与生态保护建设之后(2002—2007年)的5年期间,黑河上、中、下游所有土地覆盖类型的NPP残差均大于0,表明调水与生态建设工程已经取得成效.人类活动对中游NPP平均贡献率11.5%,对上游NPP平均贡献率5.29%,对下游NPP平均贡献率3.23%.