基于SWAT模型的流域径流模拟——以沂沭泗流域为例

摘要

本文以沂沭泗流域为研究对象，借助GIS技术，采用分布式水文模型模拟该流域的地表径流及水量平衡，预测流域不同的气候情景下的地表径流响应过程，有助于了解该流域的径流现状和特征，为进一步研究气候变化对径流的影响和非点源污染提供参考，对流域合理开发和利用水资源也有重要的理论意义和现实意义。
　　本研究首先总结了分布式水文模型和SWAT模型的国内外研究现状，简要介绍了SWAT模型的原理和结构，着重介绍了SWAT模型地表径流、下渗、地下测流和地下水、蒸散发量等子模块的计算原理。
　　搜集了研究区的基础水文资料，在ArcGIS中建立了流域的空间数据库和属性数据库。其中空间数据库包括流域的地形、土地利用/覆被、土壤类型的空间分布；属性数据库包括流域的土壤数据库和气象数据库。
　　对研究区进行地形分析，生成数字河网，在此基础上划分出30个子流域，生成252个水文响应单元。确定了适合该流域的SWAT模型敏感性参数，并利用临沂站1999-2010年的实测降雨、气温数据对模型参数进行了率定，确定参数取值。模拟结果显示：年径流量、月径流量的模拟结果与实测值相比误差较小，模拟精度均大于0.8，在精度评价等级中乙等，偏甲等。因此，SWAT模型在沂沭泗流域有较好的适宜性。
　　在此基础上模拟了研究区的水量平衡过程，定量揭示了降水量与地表径流量、土壤渗漏、蒸散发之间的关系。假定了24种气候情景，模拟了沂沭泗流域地表径流对气候变化的响应过程。结果表明，降雨量和气温的变化与径流量变化密切相关。其中：径流量与降水量正相关，与气温负相关；影响较显著的因子是降水量；不同气候情景下，年径流量变化显著；降雨量最大，气温最低的气候情景中，径流量最大；降雨量最小，气温最高的气候情景中，径流量最小。
　　最后对研究存在的不足和问题进行了总结，并对SWAT模型在该流域的推广应用提出了建议。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.4 论文框架

2 研究区概况

2.1 地理概况

2.2 地形地貌

2.3 气候特征

2.4 主要河流及水文特征

3 SWAT模型

3.1 SWAT简介

3.2 SWAT原理和结构

3.3 ArcSWAT-2009简介

4 数据库建立

4.1 空间数据库

4.2 属性数据库

5 基于SWAT模型的沂沭泗流域径流模拟

5.1 河网提取和流域边界确定

5.2 生成HRU

5.3 输入数据

5.4 选择模拟方法

5.5 参数率定与模型校准

5.6 模拟效率分析

6 气候变化情景下的地表径流响应预测

6.1 气候情景构建方法

6.2 不同气候情景构建

6.3 模拟结果分析

7 结论与讨论

7.1 结论

7.2 问题与不足

7.3 SWAT模型应用展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与科研项目与主要成果