基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第5期地理科学进展Vo1．22．No．52003年9月PROGRESSINGEOGRAPHYSept．，2003文章编号：1007—6301(2003)05—0463—09基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例杨桂莲，郝芳华，刘昌明，张雪松(北京师范大学环境科学研究所，水沙科学教育部重点实验室，北京100875)摘要：SWAT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，它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息，模拟复杂大流域

2、中的径流成分。本文应用SWAT模型对基流进行模拟，分别采用1992~1996年和l997～1998年洛河流域卢氏水文站逐年、月实测径流资料进行模型校准和验证，确定模型的敏感性参数：径流曲线数、地下水再蒸发系数、土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数；并借助滤波技术对实测径流进行基流分割。将滤波分割的基流与SWAT模拟值进行对比，采用线性回归系数(R)和NashrSuttclife模拟系数(E)对SWAT模型进行评价，其结果月基流Rz为0．76，E为0．，模拟精度较高。关键词：SWAT模型；基流估算；滤波

3、技术；洛河流域中圈分类号：P343；P333．11引言地下水的补给和排泄(即形成基流)特征对地下水资源的高效管理与可持续发展，以及地表水与土壤水转换时的污染最小化方面都至关重要。在大西洋海岸平原地区，地下径流占总径流的9O以上L1]，而在美国德克萨斯州可达5O[2]。Reay等人发现若忽略浅层地下水这一水源，将直接影响水质管理决策的可靠性[3]。地下水补给过程一般较复杂，取决于两类因子，一类是气象因子，如雨强、降水历时，气温，湿度，风速；另一类是下垫面因子，如地下水位以上的土壤和岩层特性、地形、植被

4、和土地利用等。这些因子的变化会导致地下水补给在时空分布上变化显著[4]。计算地下水的补排通常有两种方法：水量平衡法或基于监测水分运动的张力计法，示踪剂法，重力测渗仪法[5]。后者一般费用较高，实际中采用不多。在干旱和半干旱地区，大流域的地下水补给和基流计算广泛采用基于水量平衡的基流估算法[6州和消退曲线平移法L9叫引，后者只需根据流量观测资料就可确定地下水特征值。SWAT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，它能够利用收稿日期：2003—06；修订日期：2003—08基金项目：国家

5、重点基础研究发展规划项目(G1999043601)，教育部博士点基金资助项目(2OO1OO27O13)作者简介：杨桂莲(1979一)，女，湖北广水人，硕士研究生，主要从事水文、水资源及水环境方面的研究。E—mail：yg1781220@sina．com维普资讯http://www.cqvip.com464地理科学进展GIS和RS提供的空间数据信息，模拟地表水和地下水水量与水质，长期预测土地管理措施对于具有多种土壤、土地利用和管理条件的大面积复杂流域的水文、泥沙和农业化学物质产量的影响n。SWAT通过

6、水文响应单元(HRU)单独计算径流量，然后演算得到流域总径流量。水文响应单元的水循环包括四个部分的水量：融雪、土壤剖面(O～2m)、浅层含水层(2~20m)和深层含水层(>20m)。土壤剖面可分为多层，土壤水运动包括下渗、蒸发、植被截留、侧向流和土壤剖面下边界向潜水层的渗流(即地下水补给)。SWAT模型中计算的地下水补给量是以下三项的总和：土壤剖面下边界渗出量、河道输移损失、池塘和水库的蓄量L1。本文试图借助滤波技术估算基流，并将该结果与SWAT模拟值进行对比，对SWAT模型在研究区的应用结果进行评

7、价。2研究方法2．1估算方法——SWAT模型基于水量平衡的SWAT模型模拟每个水文响应单元的地表径流量和洪峰流量。模型中采用的水量平衡方程式为：1．—SW。+：(Rm—Qr，一E。一p—Q)(1)f一1式中，S为土壤最终含水量(mm)，SW。为土壤前期含水量(mm)，t为时间步长(d)，R如为第i日降水量(ram)，Q为第i日的地表径流(mm)，Ed为第i日的蒸发量(mm)，为第i日土壤剖面地层的渗透量和侧流量(mm)，Q为第i日的基流量(mm)。模型采用下列方程式计算流域基流：Q，—Q卜1·exp

8、(一口·3t)+m·[1一exp(一口·3t)](2)式中，Q，为第i日进入河道的基流补给量(ram)，Q为第(一1)日进入河道的基流．补给量(mm)，t为时间步长(d)，椭．为第i日蓄水层的补给量(mm)，口为基流的消退系数。其中补给流量由下式计算：w。—E1一exp(一1／)]·+exp(一1／)·w卜1(3)式中，为第i日蓄水层补给量(mm)，以为补给滞后时间(d)，为第i日通过土壤剖面底部进入地下含水层的水分通量(mm／d)。地表径流采用美国农业部水土保持局(