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基于SWAT-SUFI模型的黄土高原典型流域径流模拟及水资源管理系统的开发

刘智勇  
【摘要】:陕北地区地处黄土高原腹地,区域内矿场资源丰富,能源工业发达,但大规模的人类活动和对资源掠夺式的开采已经导致该地区河流断流、地下水位下降、水质恶化、土地沙化,生态环境恶化,进而影响区域水资源的供给。本文通过收集陕西榆林地区秃尾河流域(上游地区)土地利用类型、土壤、DEM等空间数据及该流域内1977-1989年气象和水文资料,以GIS软件为平台,采用SWAT模型构建该流域DEM数据库、土壤类型数据库、土地利用类型数据库以及气象(包括温度、降雨、风速、空气湿度等)数据库。并采用该模型对秃尾河流域(上游)进行径流模拟,采用SWAT Error Checker软件对本研究的输入数据进行错误性检验,对数据进行检查和修正。利用SWAT_CUP软件中的SUFI-2算法对模型参数进行敏感性分、率定和验证,采用相关系数(R2)和Nash-Sutcliffe系数(Ens)作为模型适应性评价指标。研究结果表明:模型率定期(1977-1983年)年径流相关系数为0.53,模型效应系数为0.46;月径流相关系数为0.61,模型效应系数为0.60;汛期(5-10月)模型径流相关系数为0.83,效应系数为0.80。采用1984-1989年数据进行验证,验证结果为:年径流相关系数为0.59,模型效应系数为0.02;月径流相关系数为0.66,模型效应系数为0.52;汛期模型径流相关系数为0.84,效应系数0.79。研究说明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好的模拟研究流域的汛期径流,而对全年径流的径流模拟不够理想,同时本研究也提出了SWAT模型在流域的局限性(特别是壤中流和地下水模块),并提出改进的途径,为模型的开发者和科研工作者提供参考。该研究成果将为该流域水文学研究、水资源的合理规划和开发利用以及生态环境保护提供科学依据,并为黄土高原地区其他流域的治理和开发提供参考。 基于富客户端(RIA)的WebGIS开发技术,本研究结合利用ArcGIS Server9.3+Silverlight4.0开发工具,采用C#和xmal语言,在Visual Studio2008(SP1)平台中开发了该流域的水资源管理系统,实现动态监测流域水文和气象信息,并与SWAT模型数据库进行无缝链接,同时整合地理信息系统的操作基本功能(包括地图操作功能、鹰眼、图层控制、绘制地图、手绘查询、高级查询工具、地址定位、视角转化等)以及空间分析功能(高程分析)。该系统能对水文及水资源数据进行实时监测、管理以及数据组织和维护、对信息进行查询、分析以及数据共享,此外,该系统具有较好的问题环境适应能力、方便的人机交互界面,能为行业管理人员提供决策支持。


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