SWAT模型小尺度流域模拟的适宜性研究

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水是生命之源,是生态环境的基本要素。淮河流域由于先天脆弱的自然生态系统与长期不适当的人类活动叠加导致的水土流失和生态环境恶化并形成恶性循环,严重危及当地社会经济的可持续发展。因此了解水土流失的规律,对于制定水土保持管理措施,以及区域的可持续发展具有重要的意义。近年来随着分布式水文模型的发展,流域水文模拟越来越接近真实的过程。SWAT(soil and Water Assessment Tool)模型是众多分布式水文模型的代表,它是美国农业部农业研究中心历时近30年开发的基于流域尺度的分布式水文模型。它具有很强的物理基础,能够利用GIS和RS提供的空间数据信息模拟各种水文过程,长期预测土地管理措施对于具有多种土壤类型、土地利用和管理条件的大面积复杂流域的径流、泥沙负荷和营养物流失的影响。水文模型可以模拟不同的空间尺度下的水文过程。水文模型模拟中大尺度的流域模拟由于水文气象资料的稀缺和下垫面的变异性使得水文模型模拟的应用受到限制。小尺度流域相比较而言,水文气象资料更易观测易得和下垫面变异小,更加真实地模拟流域的水文过程。本研究基于“淮河流域水土流失遥感数据处理与评价”项目,借助于GIS技术的支持,以淮河流域重点小流域迎河流域为例,对SWAT模型小尺度流域模拟的适宜性进行了研究,以期对了解淮河流域的水土流失状况,对制定淮河流域的区域可持续发展的对策提供科学的参考依据。主要研究包括模型的参数化研究、参数敏感性分析研究、模型的校准和验证研究以及模型的适应性评价分析。研究的主要成果如下:(1) SWAT模型可以用于小尺度流域的模拟本研究利用SWAT模型对淮河流域上游的迎河小流域进行了模拟,流域面积5.73Km2,属于空间小尺度流域,整个流域被离散成23个子流域,并利用实际监测数据对模型的适用性进行了评价,评价精度都超过了80%,R2和Ens都达0.94以上,说明模型模拟精度很高,达到了模型了要求,表明SWAT模型对于小尺度流域上的模拟是适宜的。(2)模型的输入参数也可以由转换获得SWAT模型由于大量的输入参数而限制此模型的应用。本次模拟研究了包括土壤的质地转换以及降雨气象数据的预处理等等。其中土壤质地转换采用了数学统计软件MatLab软件,为模型研究提供了简便有效的快速输入方法。土壤属性数据土壤有效水容量、饱和水传导力等参数利用Saxton开发的软件能够迅速地求解;其他如气象中的降雨等数据的预处理也分别采用了相应的软件进行统计分析计算,为模型输入数据提供了简便快速的方法。(3)确定了模型的参数敏感性本文对模型模拟比较影响的几个参数进行了参数敏感性分析,分析得知土壤有效水容量AWC(Available Water Capacity)、SCS径流曲线CN2(Curve Number)、土壤蒸发补偿系数ESCO(soil Evaporation Compensation Factor)为主要敏感性参数。通过调整这些敏感性参数可以为模型校准和验证提供了依据。
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