基于swat模型的黑河上游径流模拟及其对气候变化的响应

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1、分类号密级UDC编号10736硕士学位论文基于SWAT模型的黑河上游径流模拟及其对气候变化的响应研究生姓名：何旭强导师姓名、职称：张勃教授专业名称：自然地理学研究方向：区域环境与资源开发二〇一三年六月RunoffSimulationandResponsetoClimateChangeintheUpperReachesoftheHeiHeRiverBasinBasedonSWATModelHeXuqiang摘要流域水文模型是研究水文变化规律，对水资源进行合理配置的一种工具，对于研究水文情势和农业生产具有重要的作用。近年来，水文模型已经发展到分布式水文模型阶段，

2、能够分析模型参数和结构的空间变化及流域下垫面和土壤含水量等的空间变异，是流域水循环研究的主要工具。SWAT模型是分布式水文模型的代表，其应用非常广泛，从流域径流模拟、流域下垫面条件变化及气候变化响应模拟、非点源污染模拟等方面均有研究。长期以来，由于人类的不合理利用，使得水资源短缺日益严重，导致水分循环过程出现危机。西北地区地貌复杂，地形起伏大，且气候干燥，植被覆盖度低，降水增多、冰川消融等使得河流径流量增加，进而造成山体滑坡，水土流失等灾害发生。因此，在全球变暖的趋势下研究西北地区，尤其是干旱半干旱地区河川径流的变化特征，对于掌握西北地区的径流变化规律，防止

3、灾害发生有重要的意义。黑河流域地处河西走廊中部，是甘肃省三大内陆河之一，流域面积1.3×105km2。近年来，由于人类活动影响，流域天然植被遭到破坏，尤其是流域上游地区草场严重退化，中游水资源开发过量，造成下游水资源缺乏，生态环境日益恶化，水资源供需矛盾突出。本文选取黑河上游作为研究区，利用美国农业部农业研究中心开发的分布式水文模型SWAT，在调查收集流域基本资料的基础上，在GIS技术支持下，对黑河上游进行径流模拟，同时进行模拟结果的验证，来确定SWAT模型在黑河上游应用的可行性，为流域水资源模拟、分析和评价提供有效手段，为进一步开展流域水资源管理奠定基础。

4、本文主要研究结论如下：（1）分析和处理模型运行所需的基础资料，包括土地利用数据、气象数据、土壤数据，建立土地利用数据库、气象数据库、土壤数据库。以DEM为基础，借助ArcGis9.3利用ArcSWAT进行子流域划分、河网生成、流域边界的确定以及水文响应单元的划分，将整个研究区划分了27个子流域，154个水文响应单元。（2）应用现有资料对径流进行模拟，利用实测径流数据对模型进行校准和验证，以确定其在研究区的适用性。对模型进行敏感性分析和参数率定。采用1960-2007年莺落峡水文站实测年径流数据对模型进行校准和验证，其中1960-1984为数据校准阶段，198

5、5-2007年为数据验证阶段，模拟值和实测值相I对误差分别为5.7%和5.0%，Nash-Suttcliffe效率系数分别为0.81和0.87，确定系数R2为0.89和0.88。采用1990-2007年的月实测数据对模型进行校准和验证，其中1990-1998为数据校准阶段，1999-2007为数据验证阶段，校准期模型相对误差分别为10.6%和9.5%，Nash-Suttcliffe效率系数分别为0.95和0.83，确定系数R2分别为0.96和0.9。（3）对SWAT模拟结果进行分析，提取模型水量平衡分量数据，并选取模型验证期1999-2007年数据从年际变化

6、和年内变化做了简要分析。结果如下：降水是流域最重要的水汽来源，其余均为水分支出，蒸发所占比重最大，占降水输出的40%；年内变化，降水量和地表径流的变化趋势基本相同，均在7月份取得最大值，12月、1月取得最小值，其余分量变化幅度不大；相关性分析中，月土壤水分与月降水量呈负相关关系，其他分量均与月降水量呈正相关，且相关程度都不那么明显。（4）黑河上游年径流量、与年降水量、年蒸发量均呈上升趋势，且年降水量和年蒸发量变化趋势显著；累积距平法和Mann-Kendall突变检验发现1979年是黑河上游径流量突变年份；通过累积量斜率变化率法计算气候变化对径流量的贡献，得出

7、黑河上游年径流量在突变年1979前后均增大，年降水量和年蒸发量也有不同程度的增加，且它们对径流量增加和减小的贡献率分别为42.33%和10.96%，在不考虑其他气象要素的影响时人类活动对径流量的贡献为46.71%。（5）基于以上结果，利用校准且率定好的SWAT模型建立不同气候变化情景，探讨黑河上游气候变化下的水文响应。结果表明，降水量的变化对径流的影响高于气温，径流量与降水量呈正相关，而与气温呈负相关，同时径流量会受到二者双重作用的影响。未来降水量变化是影响流域径流量变化的主要因素。关键词：SWAT模型；径流模拟；气候变化；黑河上游IIAbstractThe

8、hydrologicalmodelisatoolfo