基于SWAT模型的东江流域径流模拟

基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2 程序对东江流域进行了51 a(1960-2010 年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe 效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe 效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe 效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定影响。其中土壤含水量受土壤性质、人类活动等影响,由北向南差异明显;蒸散发量受植被覆盖影响亦较为明显,北部蒸散量占降雨量的比例大于中部及南部。     

基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析

为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数（R2）与Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2（SCS径流曲线数）、SLSUBBSN （平均坡长）、SOL_BD （土壤湿密度）和SOL_K （土壤饱和导水率）,表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与E_NS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。     

SWAT模型水库模块改进及流域氮磷通量模拟

水库在发挥防洪、供水、航运功能的同时,也改变了库区和下游生态环境.现有的流域模型中水库模块相对简单,无法准确评估水库对河流氮、磷通量的影响.针对这一局限性,本研究从蓄泄规则、库区氮磷反应模拟两个方面改进了经典流域模型—SWAT模型的水库模块.以长江二级支流涪江流域为研究对象,模拟了水库建设对逐月流量、泥沙、总氮、总磷过程的影响.结果表明,新模型模拟的逐月流量、泥沙、总氮、总磷的绝对误差百分比从原来的41.1%、33.4%、99.0%、130.5%分别降低到8.6%、23.9%、38.4%、52.9%,在汛期6—9月总磷的平均模拟误差仅为12.1%.新模型合理刻画了梯级水库群的级联效应,提高了梯级水库影响下的河流氮、磷通量模拟能力,为流域水环境管理与水库调度提供了有效工具.     

非点源模型中的水文模拟——以SWAT模型在芦溪小流域的应用为例

结合分散参数非点源模型SWAT在芦溪小流域的应用,讨论了连续模拟非点源模型水文模块的计算结果.由讨论结果来看,SWAT能够有效地模拟长时间序列的水文过程.一般来说,长期径流量模拟准确,短期径流量的结果较差,尤其是对日径流量的模拟存在着系统性的误差,这主要是由模型的内部结构和数据的时间精度决定的.      

基于SWAT模型的黑河流域不同土地利用情景的非点源污染研究

以卫星遥感影像为基础,运用GIS与环境模型(SWAT2000)相结合的技术手段和景观生态学的研究方法,探讨了黑河流域土地利用与非点源污染的关系;从土地利用恶化与改善出发,对模型进行水量、泥沙和营养负荷部分的参数率定和验证并分析其在黑河流域的适用性,在此基础上通过对不同土地利用情景下非点源污染负荷的定量化分析,研究了土地利用/土地覆被变化对黑河流域非点源污染的影响过程.结果表明,随着流域林地面积的增加,流域径流深逐渐减少,水土流失量逐渐减少.从而使得流域产沙量也相应减少.林地的非点源污染单位负荷为:氮0.67kg·hm-2·a-1,磷0.11 kg·hm-2·a-1;耕地的单位负荷为:氮8.85 kg·hm-2·a-1,磷4.2kg·hm-2·a-1;当流域全部为林地时.总氮与总磷的负荷量分别为99.001t和17.145t.在2000年土地利用情景下总氮与总磷的负荷量分别为173.334t和38.653t;随着对植被的破坏,即土地恶化,会导致流域非点源污染的急剧增加;反之,随着退耕还林、水源涵养林保护工程的实施,流域水环境会得到极大的改善.     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

基于SWAT模型的青山湖流域氮污染时空分布特征研究

基于SWAT模型构建了青山湖流域的氮负荷模型,利用2005~2011年的径流观测资料和2011年7月15日~8月4日的水质监测资料对模型进行率定和验证.青山湖流域氮污染的主要来源包括农田化肥、农村生活、畜禽养殖、城镇点源及湿沉降,其中对流域出口TN浓度贡献最大的来源是化肥施用,占34.3%.对流域现状氮负荷的时空分布特征进行分析,结果表明:NO3--N流失量的时空分布特征明显,6~9月的流失量最大,占62.5%,空间上中部流失量比西北部自然林区域大,坡面流是NO3--N主要流失途径;有机氮流失量较大的区域主要分布在中部农田比例较高的子流域.研究结果可为流域的氮污染控制和研究提供科学依据.     

SWAT模型数据库的构建——以赵王河流域为例

近年来,SWAT模型被广泛应用于水文、水利、面源污染等方面的研究,但是由于SWAT模型是美国农业部研究中心研制开发的,其基础数据也是以美国本土的数据为标准的,因此,为了提高模拟的准确性,需要建立研究区域的数据库。SWAT模型数据库非常庞大且对数据格式的要求也很严格,因此,其构建过程就成了很多研究人员的难题,针对这个问题,结合已有的数据库构建研究和赵王河流域SWAT模型的构建过程,提出了比较全面的SWAT模型数据库的构建方法。     

基于SWAT模型的泗河流域除草剂迁移模拟

泗河流域农药污染对南四湖湖泊乃至南水北调工程具有重要的影响,为了解流域农药迁移过程并对其采取治理措施,本研究在泗河流域通过实地采样与调查、室内实验分析、数据统计等手段,借助SWAT模型对流域除草剂阿特拉津及其代谢产物进行迁移模拟.结果表明,除草剂输出与流域径流量有很高的相关性,输出时间以7~8月份为主,输出量占全年的69%以上.且受河道长度、耕地分布等因素的影响,阿特拉津的输出量以东部上游地区和中部地区为主,流域出水口处的阿特拉津输出量居中等水平;阿特拉津代谢产物DEA和DIA的输出量的空间分布相似,以下游流域出口处和中部地区为主.本研究可为流域除草剂迁移治理提供理论支持.     

基于SWAT模型的沙塘川流域非点源氮磷污染特征及关键源区识别

湟水是黄河上游最大的支流,沙塘川流域是湟水重要且具有代表性的支流.通过建立SWAT非点源污染模型,研究沙塘川流域氮磷非点源污染特征,并识别面源污染发生的关键源区,对湟水流域水污染治理具有重要意义.研究结果表明:沙塘川进入湟水河的非点源总氮污染负荷为236.77 t?·?a?1,非点源总磷污染负荷为51.02 t?·?a...     

基于网格单元的碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮污染负荷研究

在ENVI、ArcGIS系统的支持下,集成土壤侵蚀模型、泥沙输移模型和污染物富集模型,建立了基于网格单元非点源吸附态氮污染负荷的通用计算方法。以碧流河流域为例,利用调查、收集的数据资料确定了模型中各计算因子,估算了流域土壤流失量、输沙量和吸附态氮负荷。结果表明:2012年,碧流河流域平均土壤侵蚀模数为1137 t/（km2·a）,平均输沙模数为295 t/（km2·a）,吸附态氮流失模数为326 kg/（km2·a）,吸附态氮流失总量为878 t,其中林地562 t、耕地285 t,分别占吸附态氮流失总量的64%和32%。为减小碧流河流域土壤侵蚀吸附态氮的流失,应进一步提高流域内林地、草地质量,在水土保持功能弱的林草地上实施工程措施。     

江河入海径流通量监测技术研究

江河入海径流通量是影响流域排海污染物通量的关键参数,也是实施污染物入海通量监测的技术难点。本文对江河入海径流通量监测的两项关键技术,即监测断面设置方法和流态监测技术方法进行重点研究。通过比对河口的河流段、过渡段和潮流段地理位置以及水动力特征,分析在不同河段设置入海径流通量监测断面的可行性。同时,研究分析入海河流过渡段流态监测的4种方法即代表点、代表层、代表垂线和组合式测流法的技术特点及适用条件。最后以闸坝影响、过渡段、地形复杂和水深较浅的辽河在线监测试验基地为案例,利用其2016年丰水期在线连续监测数据,对入海径流通量监测方法进行了验证。结果表明该方法可以较为准确地反映江河入海径流通量的状况,研究成果可为我国江河污染物入海通量监测提供技术支撑。     

Predicting herbicides concentrations in paddy water and runoff to the river basin

This study was conducted to investigate the dissipation pattern and runoff of herbicides to the river basin from the paddy fields. Pesticide paddy field model(PADDY) was applied to predict herbicide concentration in paddy fields. A field study was conducted in a paddy farm of Higashi Hiroshima City, Hiroshima Prefecture, Japan in the year of 2003 paddy season. The herbicides were mefenacet, thiobencarb, and bensulfuron methyl. The sample water was analyzed by using gas chromatography and HPLC after solid phase extraction. Predicted dissipation rate of thiobencarb in paddy water was higher( DT50=4.36) than that measured, with a lower k value(-0.069). Two weeks after application no thiobencarb was detected in the drainage channel and down stream. In the down stream, thiobencarb was detected until 3d after application, with a range of 0.02% to 0.08% of applied herbicide. The predicted dissipation rate(k) and half-life (DT50) of mefenacet was not significantly different from that of measured. In the drainage channel, upstream and downstream mefenacet was found during the whole study period. In downstream, the maximum concentration of mefenacet was present 0.6l % of applied in the paddy field on 3DAH. The dissipation rate(k) of BSM varied from -0.0860 to -0.1059 to with half-life(DT50) 3.5 and 2.84 d. In upstream water, no BSM was detected except trace amounts(0.01μg/L) at 3d after application. However, in the drainag echannel 8%, 6% and 1.58% of applied BSM was present at 0, 1 and 3 d after application respectively. In the down stream, the highest concentration was 1.06%, shortly after application.     

基于HSPF模型的滇池流域非点源污染模拟

介绍HSPF模型的主要结构和功能,通过对该模型参数的灵敏度分析和参数调整,利用滇池流域各入湖河流1988,1989年的水质监测数据及相关统计资料,分别对该流域的水文、水质过程进行了模拟.结果表明,SS是滇池流域非点源污染的首要污染物,大约80%的入湖SS来自非点源.在枯水年(1988年),非点源贡献了约1/3的TN、TP入湖负荷量.而BOD的主要贡献者则是点源污染.     

平原城市区设闸河流氮磷污染物入海通量研究

利用2013~2015年海河防潮闸断面逐日流量及离散的水质数据,基于LOADEST模型构建了TN、TP入海通量多元线性回归方程,对方程进行了评估验证,TN、TP模型的判定系数（R2）分别达到0.917、0.924,表明LOADEST模型适用于平原城市区设闸河流断面污染物入海通量的评估。评估结果表明,海河防潮闸断面TN、TP入海通量及水质表现出不同的变化特征。2013~2015年,TN浓度月均值变化范围3.38~8.33 mg/L,汛期（6~10月）浓度低于非汛期,TP浓度月均值变化范围0.17~0.88 mg/L,汛期浓度高于非汛期;TN年均入海通量2200 t/a,汛期占43.7%,日均入海通量25.8 t/d,非汛期日均入海通量是汛期的2倍;TP年均入海通量216 t/a,汛期占69.3%,日均入海通量2.5 t/d,汛期日均入海通量高于非汛期,9月份最高,4月份最低。研究结果可为实施陆海统筹的最大日污染负荷（TMDL）总量控制提供科学依据。     

基于排污量分配的流域生态补偿标准研究

为体现“差异性公平”,本研究通过构建流域排污量分配指标体系及分配模式,采用熵权法确定分配指标的权重,根据不同地区的分配比例,结合流域可分配排污量,确定流域内不同地区分配排污量.以闽江流域为例,对流域内各个地区2010~2019年的排污量进行分配,根据排污量分配情况分别测算2010~2019年闽江流域生态补偿标准.结果表明,福州地区实际COD排放量均高于理论COD排放量,其超量排放范围分别为871~20857t;南平地区除2010年的实际COD排放量略高于理论COD排放量外,其余年份均低于理论COD排放量;三明地区实际COD排放量均低于理论COD排放量,其损失的排放量范围分别为1479~12507t.2010~2019年福州地区需要支付的生态补偿额度分别为1175~28139万元;南平地区除2010年需要支付生态补偿外(补偿值为821万元),其余年份均获得其他地区的生态补偿,补偿值分别为1253~13157万元;三明地区获得生态补偿额度分别为1996~16874万元.     

基于SWAT模型的瀼渡河生态流量计算方法

保障和管理河湖生态流量是加强水资源开发利用管控的基本要求,是实施长江大保护和高质量发展的重要内容。以瀼渡河为例,提出了针对无实测流量的河流推算生态流量的方法。首先,利用SWAT水文模型模拟得到1990—2019年30年逐月流量过程,表明该河流流量由上游至下游逐渐增大,且具有明显的汛期和非汛期特征;其次,采用蒙大拿法、最小月平均流量法、近10年最枯月平均流量法和流量历时曲线法4种水文学计算方法,选取瀼渡河干流重点控制断面进行生态流量计算,结果表明生态流量计算值介于10%~33%,呈现出流量历时曲线法>近10年最枯月平均流量法>最小月平均流量法>蒙大拿法的趋势;最后,经水质达标校核,分析得出瀼渡河生态流量计算推荐方法为流量历时曲线法,年补水径流量约占年均径流量的30%。