基于SWAT模型的沙颍河流域径流模拟及预测研究

摘要

水是人类文明衍生的源泉，是社会发展的物质基石，人类的生存发展离不开水的滋养。在我国大部分地区，河川径流是人类获取水资源的重要来源。然而，近年来随着我国人口的增长、经济的快速发展和城市化进程的加快，加之全球气候变化的不确定影响，使得与水资源相关的各种问题日益凸显。沙颍河是淮河最大的支流，流域内人口众多，工农业发达，水库、水闸等水利工程众多，水资源开发利用程度高。近年来干旱、洪涝频繁发生，河道断流或干涸现象时有发生，部分河道水体污染及富营养化状况严重。因此，有必要摸清沙颍河流域水文气象要素演变规律，并建立适用于多闸坝地区的流域水文模型，对气候变化条件下的径流响应进行研究。　　本文基于1956~2014年的历史数据，系统剖析了沙颍河流域降水、气温及径流的时空演变特征，并将实测径流与天然径流进行对比分析。随后利用SWAT建立了考虑闸坝调度影响的沙颍河流域分布式水文模型，并通过多站点参数敏感性分析、校准和验证等过程，使模型适用于该流域。最后将气候变化情景作为模型输入，得到不同气候变化情景下的径流响应。研究结果可为沙颍河流域水资源管理提供依据和支撑。主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）水文气象要素时空演变特征分析。收集沙颍河流域内代表站点的降水、气温、径流资料，采用统计分析的方法，对沙颍河流域的水文气象要素年际、年内及空间变化特征进行分析，找到其变化规律，为下文的研究打下基础。对于径流，分别分析天然径流及实测径流的年际变化规律及年内分配特征，并对二者进行对比，可直观看出人为因素对径流的影响情况，为流域水资源的开发、利用及优化配置提供依据。　　（2）沙颍河流域SWAT模型构建。介绍了SWAT模型的结构和原理，其中详细介绍了水库处理方法。收集沙颍河流域的气象、DEM、土地利用、土壤属性数据，并进行整理转换，建立模型数据库。详细介绍了模型建立过程，在此过程中收集流域内的水库和水闸的相关资料，作为水库模块加入到模型中，充分考虑水库和水闸的调度作用。　　（3）模型校验与效果评价。在已经构建好的模型基础上进行初步模拟，采用 LH-OAT法分别对白龟山、周口、阜阳三个站点的月径流序列进行参数敏感性分析。基于敏感性分析结果，以1961年为模型预热期，1962~1970年为校准期，使用SWAT-CUP分别对三站点参数进行率定，将率定出的参数集分别带入模型，以1971~1980年为验证期，检验模型在流域的适用性。　　（4）气候变化条件下的径流模拟与预测。采用情景假定法，设置不同的降水和气温变化情景，并两两组合，构成25种气候变化情景，带入校验过的模型，得到不同情景下径流的响应情况。基于NEX-GDDP数据集获取未来气候情景，带入模型得到沙颍河流域在BCC-CSM1-1模式的RCP4.5排放情景下2021~2050年的径流，并与基准期径流进行对比分析，获取沙颍河流域未来径流变化特征，为流域水资源管理提供依据和支撑。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 亟待解决的关键问题

1.4 主要研究内容及技术路线

2 流域概况及基础数据收集整理

2.1 流域概况

2.2 基础数据的收集与整理

3 水文气象要素演变分析

3.1 水文气象特征分析方法

3.2 降水演变特征分析

3.3 气温演变特征分析

3.4 径流演变特征分析

4 沙颍河流域SWAT模型构建与参数率定

4.1 SWAT模型的结构和原理

4.2 SWAT模型的建立

4.3 参数敏感性分析

4.4 模型校准和验证

5 气候变化下的径流模拟与预测

5.1 气候变化情景设计方法

5.2 基于情景假定法的径流模拟

5.3 基于GCM的径流预测

6 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 主要成果与创新点

6.3 研究展望

参考文献

附：个人简历及硕士期间发表论文与研究成果

1 个人简历

2 发表的学术论文

3 参与撰写的专著

4 参加的研究课题

5 获得的荣誉奖励

致谢