基于SWAT模型三峡库区典型小流域产流产沙模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 涂恩强 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 廖晓勇 |
| 关键词 | 小流域 SWAT模型 产流和产沙模拟 灵敏度分析 模拟效果 |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 中文摘要 | 三峡库区作为一个现代地理概念，系指长江流域因修建三峡水电站，水位升高而受淹没影响的有关行政区域。三峡库区山地丘陵占库区总面积的96．2％，紫色土是库区主要的坡地土壤资源，再加上在库区人多地少，农业发展水平不高，不适当的农业措施会导致土壤退化。目前，随着移民的进行，造成土地利用方式的变化，以及近年来极端天气的频发，这些都会对库区的产流产沙造成影响，因此对三峡库区产流产沙规律的研究显得非常重要。SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型，能够利用GIS和RS提供的空间数据，模拟复杂流域内多种不同水文物理过程。本论文以重庆万州区生态环境试验站开展的支沟产流产沙监测成果，结合气象观测站的监测成果为基础，利用SWAT模型的水文和泥沙两子模块，模拟了陈家沟小流域两条支沟的产流和产沙过程，对模型在三峡库区典型小流域的适应性进行了研究，为三峡库区水土流失控制提供了重要依据。研究的主要成果如下：(1)SWAT模型能够有效模拟三峡库区典型小流域的产流特征。对于径流模拟，月水平上，评价结果为实测值与SWA模型的模拟值的相对误差均较大，都大于10％，模拟效果为R2大于0．8，Nash．Suttcliffe效率系数大于0．7以上；日水平上，径流的评价效果为R~2基本上都大于0．5，Nash-Suttcliffe效率系数也基本上都大于0．5，表明无论是月水平还是日水平下，SWAT模型中水文模块都可以用来进行三峡库区紫色丘陵地区的产流的模拟。(2)SWAT模型对于三峡库区典型小流域的产沙的模拟取得了较理想的结果，但还需进一步校准和验证。对于泥沙的模拟，由于校准和验证的数据量有限，只是针对某场次降雨的产沙量进行校准和验证，模拟效果好的Nash-Suttcliffe效率系数高达0．93，模拟效果差的Nash-Suttcliffe效率系数低至0．12，表明SWAT、模型中的产沙模块基本上能满足该地区的模拟要求，存在一些不确定性。但是，通过分析对比子流域负荷与河道泥沙输出量以及灵敏度分析表，说明SWAT模型在小尺度范围内，影响河道输移特性的参数对泥沙在河道中的输移变化影响不显著。(3)论文通过LH-OAT灵敏度分析方法，确定了模型参数在紫色土地区小流域的灵敏度。从结果可以得出，SCS径流曲线系数、基流a系数、沟道有效水力传导率、土壤可利用含水量、土壤深度以及土壤蒸发补偿系数对径流的模拟为灵敏度高的参数。相比径流的灵敏度参数而言，泥沙对参数的灵敏度普遍较高，除了对径流灵敏度高的参数外，还有植被冠层最大截留量、平均坡度和坡长，保持措施因子USLE P和植物覆盖和管理因子USLE_C，这些参数对于产沙模拟来说，属于灵敏度很高的因子。通过分析参数的灵敏度，可以为模型的校准和验证提供依据。(4)论文通过SWAT模型的数据库的建立，以及部分参数的修正，SWAT模型能够有效地模拟小流域的产流产沙。论文通过大量文献以及模拟的结果，表明SWAT模型同样适用于小流域的模拟，但是进行小流域的产流产沙的模拟，需要特别注意以下几点：①气象数据库的建立对模型模拟的效果影响特别大，尤其是降雨测站的空间分布以及降雨数据有无缺失等情况。因此，在研究区范围内，尽量多布设降雨测站点。②研究区内土壤类型的划分也应尽可能细致，如果可能，按土壤质地类型的不同进行划分。③一些参数的确定应考虑小流域的要求，比如地表径流滞后时间和基流a系数，这些参数的值应根据模型的物理定义，在合理范围内取值。 |
| 英文摘要 | 三峡库区作为一个现代地理概念，系指长江流域因修建三峡水电站，水位升高而受淹没影响的有关行政区域。三峡库区山地丘陵占库区总面积的96．2％，紫色土是库区主要的坡地土壤资源，再加上在库区人多地少，农业发展水平不高，不适当的农业措施会导致土壤退化。目前，随着移民的进行，造成土地利用方式的变化，以及近年来极端天气的频发，这些都会对库区的产流产沙造成影响，因此对三峡库区产流产沙规律的研究显得非常重要。SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型，能够利用GIS和RS提供的空间数据，模拟复杂流域内多种不同水文物理过程。本论文以重庆万州区生态环境试验站开展的支沟产流产沙监测成果，结合气象观测站的监测成果为基础，利用SWAT模型的水文和泥沙两子模块，模拟了陈家沟小流域两条支沟的产流和产沙过程，对模型在三峡库区典型小流域的适应性进行了研究，为三峡库区水土流失控制提供了重要依据。研究的主要成果如下：(1)SWAT模型能够有效模拟三峡库区典型小流域的产流特征。对于径流模拟，月水平上，评价结果为实测值与SWA模型的模拟值的相对误差均较大，都大于10％，模拟效果为R2大于0．8，Nash．Suttcliffe效率系数大于0．7以上；日水平上，径流的评价效果为R~2基本上都大于0．5，Nash-Suttcliffe效率系数也基本上都大于0．5，表明无论是月水平还是日水平下，SWAT模型中水文模块都可以用来进行三峡库区紫色丘陵地区的产流的模拟。(2)SWAT模型对于三峡库区典型小流域的产沙的模拟取得了较理想的结果，但还需进一步校准和验证。对于泥沙的模拟，由于校准和验证的数据量有限，只是针对某场次降雨的产沙量进行校准和验证，模拟效果好的Nash-Suttcliffe效率系数高达0．93，模拟效果差的Nash-Suttcliffe效率系数低至0．12，表明SWAT、模型中的产沙模块基本上能满足该地区的模拟要求，存在一些不确定性。但是，通过分析对比子流域负荷与河道泥沙输出量以及灵敏度分析表，说明SWAT模型在小尺度范围内，影响河道输移特性的参数对泥沙在河道中的输移变化影响不显著。(3)论文通过LH-OAT灵敏度分析方法，确定了模型参数在紫色土地区小流域的灵敏度。从结果可以得出，SCS径流曲线系数、基流a系数、沟道有效水力传导率、土壤可利用含水量、土壤深度以及土壤蒸发补偿系数对径流的模拟为灵敏度高的参数。相比径流的灵敏度参数而言，泥沙对参数的灵敏度普遍较高，除了对径流灵敏度高的参数外，还有植被冠层最大截留量、平均坡度和坡长，保持措施因子USLE P和植物覆盖和管理因子USLE_C，这些参数对于产沙模拟来说，属于灵敏度很高的因子。通过分析参数的灵敏度，可以为模型的校准和验证提供依据。(4)论文通过SWAT模型的数据库的建立，以及部分参数的修正，SWAT模型能够有效地模拟小流域的产流产沙。论文通过大量文献以及模拟的结果，表明SWAT模型同样适用于小流域的模拟，但是进行小流域的产流产沙的模拟，需要特别注意以下几点：①气象数据库的建立对模型模拟的效果影响特别大，尤其是降雨测站的空间分布以及降雨数据有无缺失等情况。因此，在研究区范围内，尽量多布设降雨测站点。②研究区内土壤类型的划分也应尽可能细致，如果可能，按土壤质地类型的不同进行划分。③一些参数的确定应考虑小流域的要求，比如地表径流滞后时间和基流a系数，这些参数的值应根据模型的物理定义，在合理范围内取值。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-02-04 |
| 源URL | [http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4893]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山区发展研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 涂恩强. 基于SWAT模型三峡库区典型小流域产流产沙模拟研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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