基于SWAT模型的石羊河流域上游山区径流模拟研究
【摘要】：石羊河流域是我国西北干旱区生态环境脆弱地带,生态环境问题十分严重。深入研究该流域尤其是作为水源涵养区的上游山区的水文过程,对改善治理石羊河流域生态环境具有重要意义。
本文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模型的发展、原理和结构,然后选取石羊河上游山区金塔河流域作为研究区域,在GIS的支持下利用SWAT模型进行径流模拟,研究SWAT模型在石羊河上游山区的适宜性,并分析流域水量的时空分布特征,最后基于SWAT模型进行变化环境下的情景模拟,研究不同土地利用条件及气候条件对径流的影响。本研究得出以下主要结论：
(1)对石羊河上游山区金塔河流域进行月径流模拟,取得了较好的模拟结果,表明SWAT模型能够比较准确的模拟高海拔山区的径流量,具有一定的适用性。
(2)模型里的积雪融雪机理提高了模拟的质量,但是缺少冰川过程使SWAT模型不能更全面的模拟出实际水文过程。
(3)高海拔地区气象数据的缺乏对模拟具有很大影响。
(4)确定基流衰退系数、基流中浅含水层的水位阈值、雪温滞后因子、SCS模型径流曲线、土壤蒸发补偿系数等是该流域对径流影响较大的SWAT模型参数,表明基流和积雪融雪过程是该流域水文过程中的主要因素。
(5)流域降雨量、蒸发量、融雪量和径流量时空分布差异明显。降雨、蒸发主要集中在7月和8月,径流量在7月达到峰值,融雪过程集中发生在3-6月；中上游降雨量和所产径流相对较大,高蒸发区主要集中在流域西北部；地形海拔的差异所引起的气温差异导致了积雪融雪量从上游到下游逐渐减小。
(6)林地和耕地的面积增加导致径流量的增加,而草地、裸地的面积增加使径流量有一定程度的减少。气候变化对径流影响显著,年径流随着降水的减少和气温的增加而明显减少。气温升高导致春季径流有少量增加,其他月份的径流有不同程度的减少。
【关键词】：石羊河流域 SWAT模型 径流模拟 上游山区 【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P333.1
【目录】：
- 中文摘要3-4
- Abstract4-9
- 第一章 绪论9-18
- 1.1 选题背景和研究意义9-10
- 1.2 研究现状10-16
- 1.2.1 分布式水文模型10-12
- 1.2.2 SWAT模型的研究现状12-15
- 1.2.3 石羊河流域水资源研究现状15-16
- 1.3 研究目标和论文结构16
- 1.4 研究方法与技术路线16-17
- 1.5 论文特色17-18
- 第二章 研究区概况18-22
- 2.1 地理位置18
- 2.2 地形地貌18-19
- 2.3 气候条件19-20
- 2.4 水文状况20
- 2.5 植被状况20-21
- 2.6 社会经济概况21-22
- 第三章 SWAT模型简介22-31
- 3.1 SWAT模型的发展22-23
- 3.2 SWAT模型的原理23-26
- 3.2.1 水文循环陆地阶段23-25
- 3.2.2 水文循环演算25-26
- 3.2.3 水文循环的汇流阶段26
- 3.3 SWAT模型的结构26-28
- 3.4 SWAT模型在高海拔山区的应用机理28-30
- 3.4.1 积/融雪机理28-29
- 3.4.2 地形影响机理29-30
- 3.5 SWAT模型与ARCGIS的集成——ARCSWART30-31
- 第四章 基础空间数据处理及属性数据库的建立31-39
- 4.1 土地利用数据库32-33
- 4.2 土壤数据库33-36
- 4.3 气象数据库36-38
- 4.4 本章小结38-39
- 第五章 基于SWAT模型的石羊河流域上游山区径流模拟39-54
- 5.1 模型数据处理和输入39-41
- 5.1.1 河网提取和流域边界确定39-40
- 5.1.2 水文响应单元HRU的生成40
- 5.1.3 积/融雪过程及高程影响参数确定40
- 5.1.4 数据输入40-41
- 5.2 模型模拟41-43
- 5.2.1 模拟方法选择与模拟运行41-42
- 5.2.2 敏感性分析与参数率定42-43
- 5.3 结果分析43-52
- 5.3.1 模拟结果评价与分析43-46
- 5.3.2 流域水量的时空特征分析46-52
- 5.4 本章小结52-54
- 第六章 变化环境下的水文效应研究54-64
- 6.1 土地利用/覆被变化的水文效应研究54-60
- 6.1.1 土地利用/覆被变化的水文效应54
- 6.1.2 土地利用/覆被变化的情景设计54-56
- 6.1.3 模拟结果与分析56-60
- 6.2 气候变化条件下的水文效应研究60-63
- 6.2.1 气候变化对水文水资源的影响60
- 6.2.2 气候变化的情景设计60-61
- 6.2.3 模拟结果与分析61-63
- 6.3 本章小结63-64
- 第七章 结论与讨论64-67
- 7.1 主要研究结论64-65
- 7.2 存在问题与不足65-66
- 7.3 未来研究展望66-67
- 参考文献67-73
- 在学期间的研究成果73-74
- 致谢74
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