赣江源头流域植被变化的水文响应模拟研究

应用2个分布式水文模型（SWAT和Topmodel模型），对赣江流域的源头——梅江流域20年内的植被变化所造成的生态水文响应做出了模拟研究。根据2个模型不同的特点，设计了不同的模拟方案，使用SWAT模型模拟径流量的变化，Topmodel模型模拟汇流过程的变化。模拟得到的结果是：排除研究时间段内流域气候变化的影响，仅变换流域下垫面的属性，植被的变化对流域水文特征产生了明显影响，在整个梅江流域的范围内，2000年的年径流总量比1987年增加了146%；在其子流域——琴江流域，1995~2000年的7次洪峰峰值径流出现时间比1987年延迟，峰值径流量减少约5%。这说明从上世纪80年代开始在该流域内进行的植树造林和国土整治工作,即江西省“山江湖工程”，对流域的生态健康具有良好的回馈效应。     

全球升温1.5℃和2.0℃对长江寸滩站以上流域径流的影响

基于多领域间影响模型比较计划推荐使用的4个全球气候模式GCM数据（GFDL、Had、IPSL和MIROC),分别驱动SWIM、SWAT、HBV和VIC水文模型模拟长江寸滩站以上流域径流量,研究全球升温1.5℃和2.0℃情景下研究区径流量变化。研究表明：（1）在全球升温1.5℃时,水文模型和GCMs模拟的年径流量增幅分别在 5.5%~8.3%和3.5%~11.4%之间;在全球升温2.0℃时,水文模型模拟的径流量增幅在4.8%~6.7%,IPSL模拟的年径流量呈微弱减少趋势,HAD和MIROC模拟的年径流量分别增加6.7%和19%。来自GCMs的不确定性分别是来自水文模型的2.6和 2.1倍;（2）在两个不同升温条件下,月径流量集合平均的占比与基准期各月径流量的占比表现出高度一致性,但是升温1.5℃和2.0℃时的月最大径流量占比分别为47.8%和40.5%,表明在未来升温时段内,月径流量占比变化并不显著,但是极端月径流的变化较大;（3）全球升温1.5℃时,枯、丰水期日径流量增幅分别为3%和10%,但枯、丰水期径流贡献率变化幅度都不大。全球升温2.0℃时,枯、丰水期增幅分别为3.6%和8%,但枯、丰水期径流贡献率都呈下降趋势。全球升温1.5℃和2.0℃时,50年一遇（P=2%）的洪水流量,将分别比基准期增加26.3%和20.7%。基准期50年一遇的洪水将可能变成20年一遇,多年平均最大日径流量较基准期也有增加。     

江汉平原土地利用演变对区域径流量影响

江汉平原是我国重要的粮食基地也是武汉城市群发展的腹地,了解区域土地利用演变对流域水文的影响有助于为土地规划政策及水资源可持续发展提供决策支持。以2000～2004年为模型校准期,2005～2009年为模型验证期构造SWAT模型并模拟区域内主要流域的月、年径流量。然后借助双累积曲线研究江汉平原内主要江河的人类活动对径流的扰动作用并对比分析1980和2010年二种土地利用模拟情景下径流量的变化情况。结果表明：模型验证能较好的模拟区域内长江及汉江的径流量;随着降雨量的减少,土地利用变化对径流量的影响在增加;1980～1990年人类活动对径流的影响主要体现在水利设施的投入和林地减少上,2000年之后土地利用尤其是建设用地的增加对径流的影响日趋变大     

鄱阳湖流域水文效应对气候变化的响应

以鄱阳湖流域为研究区,以地表-地下耦合的分布式水文模型WATLAC为模拟工具,探讨流域水资源对气候变化的响应。水文模型以2000~2008年为模拟期,以流域河道日径流量来率定(2000~2005年)与验证模型(2006~2008年)并取得了满意的模拟效果。基于此,假定未来气候变化情景方案,通过径流量、土壤蒸发量和基流量来探讨气候变化对流域水资源的影响。结果表明,径流量与基流量对降雨变化有着较强的敏感性,而土壤蒸发量对温度变化的敏感性较强。在降雨一定条件下,水文变量均与气温变化近似呈线性关系;在气温情景一定条件下,水文变量均与降雨变化呈非线性关系。随着降水的减少,气温对径流、土壤蒸发和基流的影响也随之减弱;气温对上述变量的显著影响主要表现在降水增加的情况下。相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,降水减少比降水增加对土壤蒸发量与基流量的影响更加显著,表明降水变化对水文变量有着不同程度和方向的影响作用。     

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,分析其在牧羊河适用性后,结合1986~2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用率定好的SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明：径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示：(1) SWAT模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性,可以用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73,验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63;(2) 单一土地利用情景显示,将农业用地转化为林地或草地,均会导致流域径流量的减少,而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度,李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下,2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势,减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a,这与1971~2015年间,流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致,但这两种情景下,径流的减少趋势有所降低,分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

VIC模型与SWAT模型在中小流域径流模拟中的对比研究

结合GIS与RS技术的分布式水文模型已成为当今水文界研究的重点。从气象与水文水资源学科交叉的角度对分布式水文模型VIC模型与SWAT模型进行研究,并将其应用于白莲河流域,以此探讨该模型在中小流域的适用性。模拟结果表明,VIC模型与SWAT模型在白莲河流域率定期与检验期的模拟效果相差很小。SWAT模型的效率系数与相关系数略高一些,SWAT模型的模拟效果比较平均,每年相差不大;但VIC模型在1995年和1999年模拟效果明显好于其它年份,尤其在2002年,VIC模型模拟的洪峰与实测的相差较大,从而影响总体的效率系数偏低,而SWAT模型模拟的更接近实测值。研究结果表明两种模型对于我国中小流域的径流模拟具有一定的适用性.     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点,以汉江上游流域LUCC模拟为例,构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型,并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加,其中建设用地增幅最大,与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符;除建设用地增幅变化较大之外,1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近,表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律,在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上,应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下,汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势,LUCC对径流量年内影响较汛期显著,多年平均蒸散发量呈增加趋势     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

鄱阳湖流域水文效应对气候变化的响应

以鄱阳湖流域为研究区,以地表 地下耦合的分布式水文模型WATLAC为模拟工具,探讨流域水资源对气候变化的响应。水文模型以2000～2008年为模拟期,以流域河道日径流量来率定（2000～2005年）与验证模型（2006～2008年）并取得了满意的模拟效果。基于此,假定未来气候变化情景方案,通过径流量、土壤蒸发量和基流量来探讨气候变化对流域水资源的影响。结果表明,径流量与基流量对降雨变化有着较强的敏感性,而土壤蒸发量对温度变化的敏感性较强。在降雨一定条件下,水文变量均与气温变化近似呈线性关系;在气温情景一定条件下,水文变量均与降雨变化呈非线性关系。随着降水的减少,气温对径流、土壤蒸发和基流的影响也随之减弱;气温对上述变量的显著影响主要表现在降水增加的情况下。相同的气温变化情景下,降水增加比降水减少对径流量的影响更加显著,降水减少比降水增加对土壤蒸发量与基流量的影响更加显著,表明降水变化对水文变量有着不同程度和方向的影响作用     

SWAT与MIKE21耦合模型及其在澎溪河流域的应用

结合SWAT分布式模型研究污染负荷的优势和MIKE21模型对水动力水质先进的模拟技术,构建SWAT与MIKE21耦合模型。根据澎溪河地形、土壤、植被、气象、水文、水质资料,在空间上建立流域SWAT水文单元与MIKE21水动力模型边界的连接,在量值上建立SWAT模型各水文单元污染物负荷输出量与MIKE21模型污染浓度输入量之间的分配关系,研究澎溪河流域输沙量、氮、磷负荷量和水污染。模拟结果表明：2009年3月至2010年3月澎溪河渠马、高阳、黄石、双江大桥4个断面的总氮、总磷浓度和叶绿素a含量的模拟值与实测值具有较好的一致性,澎溪河回水区水质为中营养~中富营养状态,水体氮、磷等营养盐浓度主要受面源污染的影响。SWAT与MIKE21耦合模型可靠性好,适合于流域水污染研究     

柑橘果园扩张对寻乌水径流和输沙的影响

土地利用变化的水文效应是当前人类活动环境影响的研究热点.柑橘果园扩张是近20年来寻乌水流域最主要的土地利用变化.利用寻乌水流域3个时期的土地利用数据,设定不同土地利用情景,以SWAT模型模拟不同土地利用情景下的径流与输沙,并结合2000年以来柑橘果园扩张的遥感制图成果和寻乌水径流和泥沙观测资料,分析柑橘果园扩张对流域径流和输沙的影响.研究表明:SWAT模型模拟径流的效果较好(Re =-0.05;R2 = 0.79;Ens = 0.72),输沙模拟效果也在合理范围(Re = 0.75;R2 = 0.8;Ens = 0.71);1990～2015年间,寻乌水流域林地面积减少36.83％,果园面积增加42.48％,径流与输沙变化率分别为2.57％和4.27％;新垦果园面积与河道输沙量的关系不显著,这是因为河道输沙不仅与土壤侵蚀有关,同时也与土壤侵蚀地块与河道之间的区位关系有关,同时,在反坡水平阶等水保措施的作用下,果园水土流失得到有效控制.     

洞庭湖流域分布式水文模型

流域出口径流观测序列是水文模型参数率定重要依据,不受水文站控制区域的模型应用是水文研究关注点之一。首先根据水文站观测资料建立洞庭湖流域四水控制站之上基于水文响应单元的分布式水文模型,在此基础上结合实验、同质移植和虚拟水库等方法,将分布式水文模型拓展到包含无径流站控制区域的丘陵区间和平原圩垸区,最终实现了洞庭湖全流域水文过程模拟。结果表明:在较完备土壤、地形、土地利用等空间数据支持下,通过合理的流域划分和水文响应单元定义,建立的流域分布式水文模型可以较好地在水文响应单元尺度反应降水发生后蒸散、地表径流、土壤和地下水的响应特征。而基于观测实验及基流分割等方法获取的关键水文过程特征对模型参数优化的认识,可以提高模型参数率定效率,在较少优化迭代运算后既可使月径流模拟的效率系数NSE和确定性系数R²值高于0.81(日过程高于0.62)。借助参数同质移植和虚拟水库解决了区间和圩垸区无控制站区域水文过程模拟。在全流域水文过程的模拟中,基流指数和蒸散比例与实际过程具有较好的一致性。说明相关参数较好地反映了其物理机制,具备在相似气候及下垫面条件区域进行同质移植的基础,圩垸区径流交换采用虚拟水库的处理方式也合理可行。     

“绿水”的多角度评估及其管理研究

传统的水资源评估和管理忽视了在粮食生产和维护生态系统等方面都具有重要作用的"绿水".本文引入绿水概念,并针对现有绿水评估研究中缺乏小尺度评估方法研究等问题,以碧流河上游地区为例,使用SWAT水文模型在小尺度建立了多角度评估绿水(包括绿水流和绿水贮存)的方法.并使用此方法估算得到了绿水量,绿水时空分布规律以及气候变化条件下绿水的响应规律,研究了引入绿水概念后传统水资源管理的重要革新内容.研究结果表明,使用SWAT水文模型评估流域绿水,是引入绿水概念后进行小尺度绿水评估的有效办法,值得在中国推广使用.绿水评估结果对水资源管理有重要的指导作用.绿水概念的引入为水资源的管理与决策提供了新的思路和更加科学的办法.     

湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究进展综述

湖泊流域水文水动力联合模拟对综合管理湖泊流域水资源具有重要的理论和实践意义。通过水文水动力联合模拟研究进展的综述,可深入了解湖泊流域联合模型发展和演变过程,把握国际研究主流趋势和前沿手段。传统湖泊流域联合模拟方法主要通过流域水文模型结合湖泊水量平衡模型来计算湖泊流域水均衡组分,但水量平衡方法仅是对湖泊过程的一般性描述,难以切实反映水位空间差异显著的湖泊系统有着显著的水动力特性。基于流域水文模型与湖泊水动力模型的联合系统克服了大尺度湖泊流域系统难以切实描述和完整模拟的难点,在湖泊流域系统水资源管理与调控中发挥了重要作用。系统概述了国内外不同尺度湖泊流域系统水文水动力联合模拟研究,归纳总结了基于外部耦合、内部耦合与全耦合技术的联合模型的优势和不足。从学科发展趋势和应用需求的角度出发,概述了湖泊流域系统联合模拟的难点和今后发展趋势