[發明專利]一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法

在審

• 申請號: 201811342431.0
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109616223A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 金鑫
• 申請（專利權）人: 青海師范大學
• 主分類號: G16Z99/00
• 分類號: G16Z99/00
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 梁永昌

本發明通過土地利用/覆被是水文過程模擬的關鍵參數，影響截留、入滲、蒸散發和地下水補給等水文過程，在受人類活動干擾強烈的區域，土地利用/覆被類型會發生劇烈變化，進而影響流域水循環過程。SWAT作為一個廣泛應用的分布式水文模型，在其模擬期內，不能逐年調用土地利用/覆被數據，即忽略了土地利用/覆被時間上的變化，可能會影響其在土地利用/覆被變化劇烈地區的應用，本文針對SWAT模型的這一缺點，對其進行了改進并開發出能夠逐年調用土地利用/覆被數據的LU?SWAT模型。在土地利用/覆被變化劇烈的黑河中游對SWAT和LU?SWAT模型的徑流模擬效果進行比較，發現LU?SWAT模型更適用于黑河中游水循環模擬。

技術領域

本發明涉及SWAT模型應用技術領域，尤其涉及一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法。

背景技術

有物理基礎的分布式(或半分布式)水文模型能明確地反映出流域水文過程的空間變異性，其在分析研究氣候變化、人類活動等影響下流域水文過程的變化方面有重要的應用。SWAT(Soil and Water Assessment Tools)模型作為一個典型的分布式水文模型，由于其代碼開放、功能強大、在很多流域的模擬效果令人滿意等特點，在全世界范圍內得到了廣泛運用。如劉昌明等在黃河源區運用SWAT模型模擬了其月、年河道徑流量；Jin等在黑河上游采用SWAT模型分析了土壤屬性空間異質性對水文過程的影響；王勝等利用SWAT模型分析了氣候變化對淮河流域中上游水量平衡要素的影響。土地利用/覆被變化是全球環境變化的重要組成部分和主要原因。大量研究表明，土地利用/覆被是水文過程模擬的關鍵參數，影響截留、入滲、蒸散發和地下水補給等水文過程。SWAT作為一個分布式的水文模型，它首先將整個研究流域根據流域的地形因子、河網分布等特征劃分為若干子流域。在此基礎上，進一步按流域的土地利用/覆被類型、土壤類型和坡度面積閾值劃分水文響應單元(Hydrological Response Units,HRUs)。為了模型計算的簡潔性，在SWAT模型的模擬期內，假設流域內的土地利用/覆被類型、土壤類型和坡度不變。然而，在某些受人類活動干擾強烈的流域，土地利用/覆被類型發生劇烈變化，進而影響流域水循環過程。而SWAT模型恰忽略了這一點：不論其模擬期多長，僅使用某一年的土地利用/覆被數據。這使得模型在土地利用/覆被變化劇烈地區的應用存在缺陷。目前，部分研究在模型模擬時考慮了土地利用/覆被的變化：Zhou等在中國長江三角洲地區通過SWAT模型模擬了在城市化過程中，流域水文過程的變化；Li和Zhou在中國的延河流域，通過SWAT模型研究了人類活動影響下流域土地利用/覆被的變化及其對流域水平衡的影響；張凌等在SWAT模型中模擬多個情景下土地利用發生變化后對黑河流域中游水文過程的影響；王學等基于SWAT模型研究了白馬河流域土地利用/覆被的變化對徑流的影響。這些研究中，由于SWAT模型假設模擬時段內研究區土地利用/覆被類型不變，因此將模擬時段進行了均勻的劃分。如：若模擬時段為1995年至2014年，先將此20年分為相等的5個子時段：1995-1999，2000-2004，2005-2009，2010-2014，再分別利用這5個模擬時段內某一年的土地利用/覆被數據在這些時段內分別驅動SWAT模型。這種方式基本關注了土地利用/覆被在整個模擬時段內的變化，但是對于模型操作者來說，這復雜化了水文模型的建立和模擬運行過程。而且這種方式可能依然難以反映土地利用/覆被的劇烈變化。

因此，本研究針對SWAT模型不能反映模擬時段內土地利用/覆被變化的特點，在HRUs生成方式、模型計算等方面對SWAT模型進行了相應改進，使其在模擬時段內能夠逐年調用土地利用/覆被數據。最后，將改進后的SWAT模型應用于近幾十年來土地利用/覆被類型發生了復雜而劇烈變化的黑河中游并驗證其模擬效果。

發明內容

為實現以上目的，本發明提供一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法。

一種基于SWAT模型模擬流域水文過程的改進與應用方法，