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SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望

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土壤(Soils),2009,41(5):689-695SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望①郑捷“2,李光永¨,韩振中3,盂国霞1,邢黎明5100054;(1中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083:2北京市顺义区水务局,北京101300:3中国灌溉排水发展中心,北京4山西省水利水电科学研究院.太原030002;5山西省汾河水利管理局,山西祁县030900)摘要:SWAT模型是近几年发展比较快的一个流域分布式水文模型,它可以对大,中尺度的流域的水文物理过程进行长时段模拟。本文介绍了SWAT模型的特点,并通过对模型在反映人类活动对流域水资源管理影响等方面研究的评述。总结了模型在自然流域水资源管理应用的优势以及在人工干扰强烈的农业灌区应用还存在的问题。进而提出了SWAT模型在灌区的水分循环、节水改造等方面的研宄方向与应用前景,为灌区水资源的优化管理与节水灌溉评价提供一个新的研究手段。关键词:SWAT模型:水资源管理:灌区中图分类号:¥274分布式水文模型作为最有前景的流域水循环模拟方式,近30年来得到了不断的发展【IJ。开发产生的各种分布式水文模型【2一,既充分考虑了各种水文气象因素信息的时空分异特征,也考虑了流域下垫面的时空变异特性,但以往的应用研究多针对于自然水循环过程,而流域水文循环越来越受自然和人类的双重作用,水循环存在的介质与形式、水循环的驱动力都发生了变化,这导致了水文循环规律的变化。自然状态下的水循环系统是指没有人类活动干扰的水循环系统,它是由大气降水、地表水、土壤水和地下水之间的“四水”转换过程构成的【51。相对于自然水循环系统,人工的水循环系统是在人类的控制下进行的,一般包括农业灌排系统、工业水循环系统、生活水循环系统等(6J,尤其在农业灌区,人工灌溉一蒸散过程成为最重要的水文过程,与此同时,工业、生活、生态等人工水循环系统在整个水循环机制中也处于不容忽视的地位。美国农业部农业研究中心开发的SWAT模型(7】(soilandwaterassessment大、澳大利亚、欧洲及亚洲部分地区自然流域水文过程模拟中得到了广泛的应用,并在应用过程中得到了不断的发展,但是在人工干扰强烈的流域尤其是农业灌区中的应用研究较少,相关的工作经验积累还不太丰富,还处于探索阶段。本文旨在概述SWAT模型在国内外模拟人类活动对区域水量、水质平衡影响的研究动态,并且归纳总结该模型在人工干扰复杂区域水资源管理应用中还存在的一些问题以及预测该模型在农业灌区应用的发展前景,为模型更为广泛的应用提供参考价值。1SWAT模型简介SWAT模型是一个具有物理机制、长时效、以日为时间步长的分布式水文模型,它吸取了cREAMS(chemicals,runoff,anderosionfromagriculturalmanagementsystems)、GLEAMS(groundwaterloadingeffectsonagriculturalmanagementsystems)、EPICimpactcalculator)、SWRRBinrural(erosion—productivity(simulatorforwatert001)是一个流域尺度的分resourcesbasins)等模型的布式水文模型,用予模拟地表水和地下水水质和水量,预测不同农业管理措施对各种土壤类型、土地利用方式和管理条件的大尺度复杂流域的水文、泥沙和农业化学物质产量的影响。SWAT模型自开发以来在加拿优点18】,该模型根据河网水系把流域分为若干个子流域(subbasins),每个子流域再根据相同的土地利用类型、土壤类型划分为若干个水文响应单元(HRUs),在每个HRU内采用各种参数模型计算水均衡中各个①基金项目:水利部公益性行业专项经费项目(200701002)和山西省水利科学技术项目资助.·通讯作者(Igyl@cau.edu.cn)作者简介:郑捷0982一),男,江苏连云港人,博士研宄生。主要从事灌溉排水理论与新技术研究.E-mail:zhengjiccau@126.corn万方数据 土分量,再进行汇总,最后求得流域的水量、水质的平衡关系。SWAT模型主要由水文过程模型、土壤侵蚀模型、污染负荷模型3个子模型构成,3个子模型由气象、陆面水文循环过程、农业化学物质及泥沙的运动、作物生长、农业管理活动、沟道过程、水库塘堰等水体过程等模块组成,通过各模块的联合模拟运算,对区域地表水、地下水水量和水质运移转化规律,人类活动对水、沙、农业化学物质的长期影响进行评价。SWAT模型源代码公开,模型的研发者每做修改后会公布新的源代码。最新的程序、源代码及程序文档可以在SWAT网站(WVCW.brc.tamus.edu/swat)下载,允许使用者针对自己研究区域对模型的源代码进行相应地修改。SWAT模型从开发至今经历了SWAT94、SWAT96等数次改进,对于历次的改进在《sWAT理论文件》IS]中已经详细介绍,此处不作赘述。2SWAT模型在水资源管理方面应用研究进展SWAT模型自开发以来在美国及欧洲等国家已经得到了广泛的应用,其有效性已经得到多项研究项目证明(如美国的CoastalWatershedAssessmentOfGulfOfMaine项目[91、RioGrande/RioBra项目t101),目前,SWAT模型在流域水文模拟的适用性研究11l-14l、流域的水土流失评价【15181、变化输入参数下的水文响应研究[19-21】等方面已十分广泛,相关的研究进展国内不少研究者已进行了详细的介绍与阐述,本文对此不再赘述。2.1人为改变土地利用方式下的水循环响应研究人类活动对水循环的干扰作用最主要的表现为土地利用方式的变化对水循环的陆面过程的强烈影响。人类对土地的利用改变陆地表面的覆盖率、植物分布方式和土壤质地,影响了原有的水循环状态,从而改变流域的产汇流规律,进而影响当地的地表、地下水资源量及其时空分布。土地利用变化或土地覆被变化(1anduse/landcoverchange,简称LUCC)是区域环境演变的重要组成部分,近年来,LUCC在区域尺度上的资源和环境效应被学术界J1。泛重视122谢】。LUCC的重要环境效应之一是以水文、水循环效应如现的,LUCC水文效应的研究,早期大都采用试验的方法,这种方法有利于揭示植被一土壤一大气相互作用的机理,但难以在较大尺度上定量评估土地覆被变化的水文效应∞1。SWAT等分布式水文模型在流域水文循环中的应用,为分析LUCC在整个流域尺度上的水文效应提供了一个有效的手段。万 方数据壤第4l卷Chanasky等【26】应用SWAT模型模拟了加拿大3个小流域分别对应3种放牧强度下(无放牧,放牧强度为每公顷土地每月2.4头牲畜、每公顷每月4.8头牲畜)对地表径流的影响,模拟结果表明无放牧情况下日径流量明显高于其他两种情况,3种放牧模式下的日径流量均低于日平均降雨量的10%,有融雪过程情况下,融雪平均对日径流的贡献率3种放牧强度下分别为78%、96%和92%。Celine等127J应用SWAT模型成功地模拟了瓜的亚纳河上游流域由于人类活动而导致湿地干涸所产生的水文效应,情景模拟结果表明;取消玉米、甜菜等耗水量大的作物而改种葡萄的情况下,地表径流将增加8%。国内方面,李道峰等128J为黄河河源区流域设置了5种土地覆被情景模型及24组不同气温和降水的情景组合,研究气候变化、土地利用变化下的径流响应,模拟结果表明:随着植被覆盖度的增加,流域年径流量减小,蒸发量增加。当气温降低2℃且降水增加20%时,流域径流量增加39.69%。陈军锋和陈秀万129】分析了梭磨河流域的气候变动和土地覆被变化对流域径流的影响,结果表明,20世纪60年代至90年代,梭磨河流域的径流变化中,由气候波动引起的约占3/5~4/5,由土地覆被变化引起的约占1/5。2.2地表水和地下水的调用对水循环转化影响研究在人类的干预下,地表径流和地下径流的方向发生了很大的变化,水库和大量人工河流的兴建增加了地表水体的面积,同时引导水分脱离自然河道对耕作土壤进行灌溉,而含水层的开采也使本来需要长距离、长时间才能到达排泄区的地下水提前到达地表。Gosain等130l应用SWAT模拟了印度Pslleru流域的灌溉回归水,阐述了灌溉回归水的时空变异特点,并模拟了在实施渠道引水灌溉之后基流的变化,结果发现基流量达到引水量的50%之多。评价了灌溉等人为活动对区域水量平衡的影响,这一发现对水资源管理及规划具有重要意义。Sophocleous等I”J将SWAT模型与MODFLOW模型相耦合,集总成SWATMOD模型,对美国堪萨斯州中南部的响尾蛇河流域的地表水、地下水以及地表水与地下水的交换情况进行了模拟与评价。通过该流域1955年到1994年的径流与地下水位等数据对模型进行了校准与验证,继而设定了一系列的管理措施,包括降低抽水速度、改变引水模式等方案,运用模型模拟流域未米40年(1995--2034年)内地表径流、地下水位等变化情况。随后Sophocleous等【32】详细介绍了SWATMOD模型的集成方法,并且与传统的物理机制的分布式水文模型SHE模型和集总式的概念型降雨一径流模型——斯坦福流域模型相第5期郑捷等:SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望691比较,表明了该模型具有输入数据量小且易获取的特点,并且水文响应单元概念的提出易于模型进行流域空间差异性分析,增强了处理地表水与地下水交互作用、抽水井的分布、多种土地利用形式的灵活性。并以堪萨斯州RaRlesnakeCreeksubbasin,LowerRepublicanRiverbasin,WetWalnutCreekbasin3个实例说明了该模型的实用性与多功能性。表明了该模型为流域评价土地利用变化、灌溉发展、气候变化等对地表径流与地下水资源的影响提供了有效的方法。国内方面,王宏等1331集成了SWAT模型与GMS模型,对华北平原地下水系统进行联合模拟调参,根据最后调整的平均给水度值0.165,计算出华北平原山前浅层区地下调蓄库容是5.2~6.5亿m3,结果表明:在华北平原启用地下水库及修建人工漏水水库、生态河等必要的配套设施,具有一定的生态价值。2.3管理措施对水量平衡的影响研究人工干扰下的流域水文循环的另一个显著特点是各种农业管理措施对复杂流域或区域的水、土和农业化学物质的产出定量影响。SWAT模型提供了模拟耕作系统、灌溉、施肥、农药等子模型。Behera和Panda|341运用SWAT模型研究了印度东部西孟加拉州的一个973hm2的农业流域内不同的耕作方式与施肥量对该流域产流、产沙及农业营养物质的定量影响,模拟结果表明,在该地区雨季内种植水稻比种植玉米产流、沙量分别少5.9%、70。41%,为了降低产沙产污量,氮磷的施肥量保持在80kg/hm2:60kg/hm2最为合适。Arnold与Stockle[35】运用SWRRB模型(SWAT模型前身)成功模拟了在团间修筑池塘或沟堤的情况下,漫灌对作物的产量的影响,并评价了田间修筑池塘或沟堤进行作物漫灌的经济效益,但模型并未考虑渠道输配水情况。国内方面,焦锋等【361耦合了SWAT模型和马尔科夫链模型,对稻田灌溉的水分、养分循环进行了模拟,结果表明,水量模拟与实测误差平均为5.01%,总磷模拟与实测误差13%,悬浮物模拟与实测误差7.3%,总氮误差较大,达30%:继而通过马尔科夫链模型对土地利用的演化进行模拟,将结果带入SWAT模型,预测社会经济发展对水环境影响,结论表明:在保证稻田收获的前提下,可通过削减施肥量的方法来削减污染物输出,降雨和灌溉水量的变化会造成污染物输出的较大变化。胡远安等1371针对SWAT模型对水田在蓄水期的降雨一径流过程的模拟过于简单,难以体现不同时期的蓄水要求等问题,对水田蓄水的情况进行了修改,将水田划分为蓄水与非蓄水时期分别进行计算。万 方数据模拟结果表明:模型对长期径流量的模拟较为准确,而对短期径流的模拟精度较差。2.4农业灌区节水措施对灌溉水循环系统影响研究科学的灌区水循环管理是实现灌区水资源高效利用,解决水资源危机的有效方法。为了实现灌区水资源的高效利用,人们开展了节水和水管理措施的研究。目前,田间尺度的节水灌溉技术研究已十分广泛,大面积推广节水灌溉也有许多实例,而节水措施的实施也会改变水循环的形成条件和转化规律,例如,渠系的衬砌减少了水量渗漏,入渗到土壤中的水量减少,包气带缺水量得不到有效补充,减少了入渗到地下水的水量;田问节水灌溉方式的实施,提高了田间水的利用效率,作物的无效蒸发减少,造成地表径流减少:相应的土壤入渗量也减少,与节水前相比,地下水由于得不到足够的入渗水量的补充,造成水位逐渐下降,从而改变了地下水与河道的补给关系。针对灌溉农业系统中的小区和农田尺度的水分循环及其转化规律,国内外的学者做了大量的试验和模拟研究,在对田间尺度上灌溉、排水、降雨、蒸发蒸腾、渗漏、养分等和作物耗水、产量试验观测的基础上,进行了蒸发蒸腾、垂真渗漏、水平渗漏、根系吸水、排水等水分循环各要素的数值模拟。Droogers和Bastiaanssenl38J在土耳其西部地区,针对某一渠灌系统,运用与SwAT结构类似的,针对田间尺度的“土壤一水一大气一植物整合模型SWAP”模拟了特定土壤类型、种植制度与灌溉制度下的作物实际ET值,并以遥感图像检测的ET值进行了校正,但仅对一个种植季度下作物的ET进行了模拟,并且研究尺度较小。周春华等【391运用SWAP对太行山山前平原田间土壤水分运动进行了数值模拟,运用实际观测资料与数值模拟结果进行了初步分析,论述了降雨灌溉入渗补给条件下土壤水分运动的规律。Odhiambo等【401提出了针对稻田的单个田块和田块链的水均衡模型,模型的输入参数包括灌溉供水、气象条件、土壤特性和田块尺寸,以此可以模拟蒸发蒸腾、渗漏、侧渗和地表径流过程。在小尺度上水分循环各要素、作物产量、养分等因素应用常规的仪器和手段即可监测,得出结论比较可靠。但是由于自然条件的差异,灌区内地形地貌、水系分布、气象条件以及作物生长的时空变异性大,特定地理位置上的小尺度试验结果不能简单推广至大尺度区域。对于灌区等大尺度上的水分循环,难以通过传统的试验方法进行研究,需要借助于模型化的方法。而目前对灌区水循环模型研究主要采用水均衡的土宏观统计模型,无法分析灌区内部复杂的自然因素、工程条件、水管理措施的时空分布对灌区水文过程的影响。利用先进的流域尺度分布式水文模型来回答各项节水措施对灌区水文循环的效应问题,国内外的研究成果较少,仅在美国,Santhi等【4ll利用SWAT模型,并添加了渠系灌溉功能,模拟了德克萨斯州格兰德河灌区内的作物需水量和渠系用水效率,并对节水措施下的灌区内灌溉需水量与节水潜力进行了评价,其研究结果表明,改善农业管理措施、调整种植结构、提高渠系水利用效率3种节水措施下的节水潜力分别为234.2、65.9、194.0Mm3,改善田问农业管理措施的效果优于调整种植结构与提高渠系水利用效率。但文中仅模拟了渠系水的利用系数,并未考虑田间水利用系数、灌溉水利用系数,文中的节水措施未包括喷灌、微灌等节水灌溉工程措施。3存在的问题及在灌区应用研究展望3.1存在的问题水文模型通常具有局限性,SWAT模型的局限性不仅在于使用的数据库标准各国不一致,某些经验公式实际应用效果不理想等方面的不足,而且SWAT模型对人工干预复杂的区域,尤其是平原灌区的人工侧支水循环142-43】模拟研究有待改进。尽管当前的水文模型,特别是分布式模型的水分循环中,都考虑了灌溉措施,但灌溉对水分循环的影响不是模型的重点,绝大多数分布式水文模型灌溉功能相对不完善。(1)SWAT模型在平原区水循环模拟相对比较薄弱,对平原区的河流水系提取通常与实际情况出入较大,从而对合理的划分子流域产生影响;需要根据实际的河网渠系情况对研究区域(平原)的数字高程模型进行合适的修改。(2)灌区复杂的输配水渠系布置在SWAT模型中没有考虑,SWAT等分布式水文模型是产汇流模型,渠道供水配水是逆汇流过程,渠道的输配水渗漏损失、蒸发损失模型目前无法计算,因此在灌区水循环模拟研究时需要添加渠系输配水的功能。(3)SWAT模型在计算出潜在腾发量后,在潜在腾发量的基础上计算实际蒸散发。实际蒸散发包括植物的蒸腾量、作物的冠层截留的蒸发量与土壤水分蒸发量,分开计算,但是该模型计算植被实际腾发量时仅考虑了潜在蒸散量和植被叶面积指数(LAI),以植被叶面积指数为指标将植被区分开,计算实际腾发量。这不适于灌区农田中不同作物实际腾发量的计算研万 方数据壤第4l卷究。(4)模型计算的地下水深度(水位高度)是离不透水层的高度。而在农田水利学中许多与地下水有关的计算,使用的都是地下水埋深,因此为了将模型应用在农田水利与地下水有关的计算中,需增加地下水埋深的计算。(5)灌区中不同节水措施(如喷灌、微灌、渠道防渗、农艺节水等)在SWAT等水文模型中无法体现,因此单纯运用SWAT模型无法模拟灌区内的节水模式对水循环转化的定量影响。3.2模型在灌区的应用展望综上所述,SWAT模型在自然流域内的水文循环、水资源管理中的应用十分广泛,但在人类活动强烈的农业灌区水文循环研究基本没有开展。目前对国内大型灌区的水文研究,在区域尺度上局限于水均衡的宏观统计模型[4445】,在田间尺度上局限于有限的定位观测;缺少把地表水系统、地下水系统和田间定位观测的开放式分布式水文模型,在不同尺度自然流域水文循环研究中有许多成功先例,这给模型研宄灌区的水文循环过程提供了可能。针对上述SWAT模型在农业灌区应用的难点与不足,充分考虑灌区内包括“取水一输水一用水一排水一回归”5个环节构成的人工侧支循环过程【474叭,对模型进行合理的修改与补充完善,例如增加灌区分布式输配区的人工一自然分布式水文模型,利用模型探讨灌区内的水分循环转化关系、节水改造模式下对水分循环强向,具体研究内容如下:(1)利用建立的灌区分布式水文模型模拟分析不同灌溉引水量变化条件下,灌区内渠道渗漏损失量、(2)利用模型计算分析渠系水利用系数、田间水(3)确定合理的生态健康指标(主要指地下水位自然植被生长为约束条件),通过不同节水措施下模有机结合的模拟分析工具№J,而SWAT作为一个典型水渠道渗漏损失计算、地下水埋深计算、农田作物耗水量及灌溉水利用系数计算等模块,建立针对特定灌弱影响、灌区节水潜力等都是值得深入研究的课题方蒸发量,田间灌溉渗漏损失量、蒸腾蒸发量,灌区内地表水地下水转换关系,灌溉水的重复利用量等,探讨灌区灌溉水循环的特点。利用系数、灌溉水利用系数、灌溉耗水百分比。模拟不同的节水模式,如不同的渠道防渗模式、田间灌水模式下,灌溉用水效率的变化关系,以及不同的节水改造投资对灌溉用水效率的影响关系。动态变化以不产生土壤次生盐碱化或干旱地区不影响第5期郑捷等:SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展颦693型模拟与情景方案分析,确定不同节水模式下的地下水位变化规律,建立地下水位与灌溉用水效率变化关系;确定灌区的技术经济平衡点,即减少可在灌区重复灌溉利用的灌溉损失量(渗漏、排水、退水)采取的相应措施的投资值等于该水量能被灌溉再利用(地下水抽取)需要的投资值,通过不同方案的情景分析,确定灌区达到技术经济平衡条件下的灌溉水利用系数,进而综合生态健康标准、技术经济平衡的约束条件,寻求灌区灌溉用水效率的合理阈值。4结语SWAT模型自开发以来,以强大的功能、先进的模型结构以及高效的计算,在世界各国的流域水文水资源管理中得到了广泛而成功的应用。模型的物理机制、分布式等特点使得模型在描述人工干预下的灌区水分循环的时空变化提供了可能。而灌区的人工一自然复合型水循环体系与天然流域存在很大的区别,水文过程不再是以降水一产流机制为主,而是以工程灌溉一农田蒸腾蒸发为主。因此在灌区中的应用时需对模型相应模块进行必要的修改和补充。运用模型来模拟灌区内不同节水措施对灌溉水利用效率、地表水与地下水转换关系、节水效果等影响。为灌区水资源的优化管理与节水灌溉评价提供一个新的研究手段。参考文献:【l】SmithMB,GeorgakakosKP,LiangX.Prefacethedistributedmodelinter-comparisonproject(DMIP).JournalHydrology,2004,298:1-3AbbottMB,BathurstJC,Cange,JA,O'ConndlPE。RasmussenJ.AnintroductiontotheEuropeanHydrologicalSystem-SystemeHydrologiqueEuropean,“SHE.”l:Historyandphilosophyofaphysicallybaseddistributedmodelingsystem.JournalofHydrology,1986a,87:45—59【3】3CharboaneauR,FortinJP·MorinGTheCEQUEAUmodel:DescriptionandexamplesofitsUSeinproblemsrelatedtowatermanagement.HydrologicalScienceBulletin,1977,22(13):193—202【4】RefsgardJC,HansenE.Adistributedgroundwater/surfacewatermodelfortheSusa-catchmentPartI.Modeldescription.NordicHydrology,1982,13:299.3lO【51谢新民。张海庆,尹明万.水资源评价及可持续利用规划理论与实践.黄河水利出版社,2003,8(1):51-53【61裴源生,赵勇,陆垂裕,秦长海,张金萍.经济生态系统广义水资源合理配置.黄河水利出版社,2006,7(1):45-46万 方数据ArnoldJG,Srinivasan&MuttiahRS,WilliamsJR.Largeareahydrologicmodelingandassessmentpartl:Modeldevelopment.JoumaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,1998,34(1):73—89[81NeitschSL,ArnoldJGKiniryJR,SrinivasanKWilliamsJR.SoilandWaterAssessmentToolTheoreticalDocumentationVersion2000.Texas:TexasWaterResourcesInstitute,CollegeStation,2002:3-4【9】Percy只FarrowD,Muttiah心SrinivasanR.DevelopmentofLand-basedPoilutionSourcesInventoryfortheGulfofMaineRegionalWatershed.http://www.brc.tamus.edu/srin/p啊ects/noaa.html.【1996一lo_30】【io]AngelaK,RamanarayananTS.CreationofaGIStoModeltheTransportofSedimentandToxicMaterialsintheRioGrandedRioBravoInternationalWatershed.http://www.brc.tanlus.edu/srin/projects/mrcc.html.f1996—6—30】ArnoldJQAlienPM.Estimatinghydrologicbudgetsforthree111hnoiswatersheds.JournalofHydrology,1996,176:57—771121Eckhardtl(.ArnoldJG.Automaticcalibrationofadistributedcatchmentmodel.JournalofHydmlogy,2001,251:103—709【131Fontamc仉CruickshankTS,ArnoldJO,HotchkissRH.DevelopmentofSnowfall-snowmeltroutineformountainousterrainforthesoilwaterassessmenttool(SWAT).JournalofHydrology,2002,262:209—223【14】ManguerraHB,EngelBA.HydrologicparameterizationofwatershedforrunoffpredictionusingSWAT.JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,1998,34(5):l149一1162【15】GrizzettiB,BouraouiF,GranlundK,RekolainenS。BidoglioG.ModellingdiffuseemissionandretentionofnutrientsintheVantaanjokiwatershed(Finland)usingtheSWATmodel.EcologicalModelling,2003,169:25-38[161BouraouiF,BcnabdallahS,JradA,BidoglioG.ApplicationoftheSWATmodeltheMedjerdariverbasin(Ttmisial.PhysicsandChemistryoftheEarth,2005,30:497—507【171QiuZ。PratoT.Economicevaluationofriparianbuffersinanagriculturalwatershed.JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,1998,34(3):877—890【181Qiuz·PratoT.Physicaldeternunantsofeconomicvalueofriparianbuffersinanagriculturalwatershed.JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,200l,37(2):295—303.【191BingnerRLtGarbrechtJ.ArnoldJG,SrinivasanR.Ef耗ctofwatershedsubdivisionsimulationrunofrandfinesedimentyield.TransactionsoftheAmericanSocietyofAgriculturalEngineers,1997,4“5):1329—1335土【20】FitzhughTw'MacKayDS.Impactsofinputparameterspatialaggregationa11.agriculturalNon—pointSourcePollutionModel.JournalofHydrology,2000,36:35—53【211JhaM,GassmanPW,SecchiS,GuR,ArnoldJGE仃cctofwatershedsubdivisionSWATflow,sediment,andflutrientpredictions.JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociafion,2004,40(3):81卜825【22】李秀彬.全球环境变化研宄的核心领域一土地利用/上地覆被变化的国际研究动向.地理学报,1996,5l(6):553—558【23】摆万奇,柏书琴.土地利用和覆盖变化在全球变化研究中的地位和作用.地域研究与开发,1999,18(4):13—16【24】颉耀文,陈发虎.干旱区土地利用/上地覆盖变化与全球环境变化.地域研究与开发,2002,21(2):22—23[25】陈军锋,李秀彬.森林植被变化对流域水文影响的争论.自然资源学报,2001,16(5):474-480【26]ChanasykDS,MapfumoE,WillmsW.Quantificationandsimulationofsurfacerunofffromrescuegrasslandwatersheds.AgriculturalWaterManagement。2003,59:137—153【27】CelineC,GhislainDM,FaycalB,GiovanniB.Along-termhydrologicalmodelingoftheUpperGuadiana(Spain).PhysicsandChemistryoftheEarth,2003,28:193—200【28】李道峰,田英,刘昌明.黄河河源区变换环境下分布式水文模拟.地理学报,2004,59(4):563-573应用.北京大学学报(61然科学版),2004,40(2):265-269AK,RaoS,SrinivasanR.Remr-flowassessmentforirrigationcommandinthePalleruRiverBasinusingSⅥ:ATmodel.HydrologicalProcesses,2005,19:673—682M^KoellikerJK,OovindarajuRS,BirdieT,RamireddygariSR,PerkinsSP.Integratednumericalmodelingforbasinwidewatermanagement:TheoftheRattlesn【akeCreekbasininsouth-centralKansas.JolffnalofHydrology,1999,214:179-196MA,PerkinsSEMethodologyandapplicationofcombinedwatershedandground-watermodelsinKansas.JournalofHydrology,2000,236:185—201平原地下水库研究中的应用.世界地质,2005,24(4):368-372万 方数据壤第41卷f34】BeheraS,PandaRK.Evaluationofmanagementalternativesforanagriculturalwatershedinsub—humidsubtropicalregionusingphysicalprocessbasedmodel.AgricultureEcosystems&Environment,2006.113:62—72[35】ArnoldJG,StockleCO.Simulationofsupplementalirrigationfromon—farmponds.IrrigationandDrainageEng.,ASCE,1991,117:408-424【36】焦锋,秦伯强,黄文钰.小流域水环境管理一以宜兴湖滏镇为例.中国环境科学,2003,23(2):220-224【37】胡远安,程声通,贾海峰.非点源模型中的水文模拟~以SWAT模型在芦溪小流域的应用为例.环境科学研究,2003,l6(5):29—32【38】DroogersP,BastiaansscnWG.Irrigationperformanceusinghydrologicalandremotesensingmodeling.IrrigationandDrainageEng.ASCE,2002,128:ll—18[391周春华,何锦,郭建青,郑力.降雨灌溉入渗条件下上壤水分运动的数值模拟.中国农村水利水电,2007(3):40—43f401OdhiamboLO,MurtyVVN.Modelingwaterbalancecomponentsinrelationt0fieldlayoutinlowlandpaddyfields.I:Model.AgriculturalWaterManagement,1996.30:185一199【4l】SanthiC,MuttiahRS,ArnoldJG,SrinivasanR.AGIS—basedregionalplanningtoolforirrigationdemandassessmentandsavingusingSWAT.AmericanSocietyofAgriculturalEngineers,2005,48(1):137-147【421陈家墒.现代水文学发展的新阶段一水资源水文学.自然资源学报,1986,l(2):46—53【43】夏军.华北地区水循环与水资源安全闷题与挑战.地理科学进展,2002,2l(6):517—524【441秦大庸,于福亮,装源生.宁夏引黄灌区耗水量及水均衡模拟.资源科学,2003,25(6):19-24[45】赵勇,裴源生,张金萍.宁夏平原区耗水量研究.资源科学,2006,28(4):177—178【46】王旭升,杨金忠.大型灌区陆地水循环模式的参数化方案:LWCMPS—ID.地学前缘,2005(12):139-141147】王浩,王建华,秦人庸.贾仰文.基于二元水循环模式的水资源评价理论方法.水利学报,2006,37(12):1496-1501[48】贾仰文,王浩,严登华.黑河流域水循环系统的分布式模拟(I)一模本!开发与验证.水利学报,2006,37(5):534-541[29j陈军锋,陈秀万.SWAT模型的水量平衡及其在梭磨河流域的【30】Cosain【31】Sophocleous【32】Sophoeleous【33】王宏,娄华君,田廷山,朱远峰.SWAT/GMS联合模型在华北第5期郑捷等:SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望695AdvanceofSWATModelinRegionalWaterResourceManagementandApplicationProspectinIrrigationDistrictZHENGJic‘tLIGuang-yon91,HANZhen-zhon93,MENGGuo.xia4,XINGLi-min95(1CollegeofWaterConservancy&CivilEngineering,ChinaAgricultureUniversity,Beifing100083,China;2勘M吵WaterResourcesBureau,Beijing101300,China;3ChinaIrrigation&DrainageDevelopmentCenter,Beifing100054。China;4ShanxiInstituteofWaterResourcesandHydropowerReseare&Ta批uan030002.China;5ShanxiBureauofFenheWaterComewancyManagement,Qixian,Shanxi030900,China)Abstract:SWAT(SoilandWaterAssessmentT001)modelisanadvanced,physicallybasedanddistributedhydrologicalmodelforwatersheds.whichhasbeendevelopedrapidlyinrecentlyyears.Itisfeasibletosimulatehydrologicalandphysicalprocessesatthelargeandmiddlescalewatershedslongperiodsoftime.ThispaperdescribedthecharacteristicsofSWATmodel,summarizedtheadvantagesofthewaterresourc?A:managementandapplicationinnaturalwatershedandtheexistentproblemsinimgafiondistrictswithintensiveartificialinterferencesafterthecommenttheresearchesofhydrologicalmodelingandwaterresourcemanagementworldwide,andputforwardstheresearchdirectionsandapplicationprospectsofSWATmodelonthewatercycleofirrigationdistricts,water-savingreconstructionandotherfields,andprovidedanewresearchtoolforcommentwaterresourcereasonablemanagementandwater-savingirrigation.Keywords:SWATmodel,Watermanagement,Irrigationdistrict万 方数据SWAT模型在水资源管理中研究进展与灌区应用展望

作者:作者单位:

郑捷, 李光永, 韩振中, 孟国霞, 邢黎明, ZHENG Jie, LI Guang-yong, HAN Zhen-zhong, MENG Guo-xia, XING Li-ming

郑捷,ZHENG Jie(中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083;北京市顺义区水务局,北京,101300), 李光永,LI Guang-yong(中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083),韩振中,HAN Zhen-zhong(中国灌溉排水发展中心,北京,100054), 孟国霞,MENG Guo-xia(山西省水利水电科学研究院,太原,030002), 邢黎明,XING Li-ming(山西省汾河水利管理局,山西祁县,030900)土壤SOILS

2009,41(5)0次

刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

1.Smith MB.Georgakakos KP.Liang X Preface the distributed model inter-comparison project (DMIP) 20042.Abbott MB.Bathurst JC.Cunge JA.O'Connell PE,Rasmussen J An introduction to the European

Hydrological System-Systeme Hydrologique European,\"SHE.\" 1:History and philosophy of a physicallybased distributed modeling system 1986

3.Charbonneau R.Fortin JP.Morin G The CEQUEAU model:Description and examples of its use in problemsrelated to water resource management 1977(13)

4.Refsgard JC.Hansen E A distributed groundwater/surface water model for the Susa-catchment.PartI.Model description.Nordic Hydrology 1982

5.谢新民.张海庆.尹明万 水资源评价及可持续利用规划理论与实践 2003(1)6.裴源生.赵勇.陆垂裕.秦长海.张金萍 经济生态系统广义水资源合理配置 2006(1)

7.Arnold JG.Srinivasan R.Muttiah RS.Williams JR Large area hydrologic modeling and assessment partI:Model development 1998(01)

8.Neitsch SL.Arnold JG.Kiniry JR.Srinivasan R,Williams JR Soil and Water Assessment Tool TheoreticalDocumentation Version 2000 2002

9.Percy P.Farrow D.Muttiah R.Srinivasan R Development of Land-based Pollution Sources Inventory forthe Gulf of Maine Regional Watershed 1996

10.Angela K.Ramanarayanan TS Creation of a GIS to Model the Transport of Sediment and ToxicMaterials in the Rio Grande/Rio Bravo International Watershed 1996

11.Arnold JG.Allen PM Estimating hydrologic budgets for three Illhnois watersheds 199612.Eckhardt K.Arnold JG Automatic calibration of a distributed catchment model 2001

13.Fontamc TA.Cruickshank TS.Arnold JG.Hotchkiss RH Development of Snowfall-snowmelt routine formountainous terrain for the soil water assessment tool (SWAT) 2002

14.Manguerra HB.Engel BA Hydrologic parameterization of watershed for runoff prediction using SWAT1998(05)

15.Grizzetti B.Bouraoui F.Granlund K.Rekolainen S Bidoglio G Modelling diffuse emission andretention of nutrients in the Vantaanjoki watershed(Finland) using the SWAT model 2003

16.Bouraoui F.Benabdallah S.Jrad A.Bidoglio G Application of the SWAT model on the Medjerda riverbasin (Tunisia) 2005

17.Qiu Z.Prato T Economic evaluation of riparian buffers in an agricultural watershed 1998(03)18.Qiu Z.Prato T Physical deternunants of economic value of riparian buffers in an agriculturalwatershed 2001(02)

19.Bingner RL.Garbrecht J.Arnold JG.Srinivasan R Effect of watershed subdivision on simulationrunoff and fine sediment yield 1997(05)

20.Fitzhugh TW.MacKay DS Impacts of input parameter spatial aggregation on an agricultural Non-pointSource Pollution Model 2000

21.Jha M.Gassman PW.Secchi S.Gu R Arnold JG Effect of watershed subdivision on SWATflow,sediment,and nutrient predictions 2004(03)

22.李秀彬 全球环境变化研究的核心领域-土地利用/土地覆被变化的国际研究动向 1996(06)23.摆万奇.柏书琴 土地利用和覆盖变化在全球变化研究中的地位和作用 1999(04)24.颉耀文.陈发虎 干旱区土地利用/土地覆盖变化与全球环境变化 2002(02)25.陈军锋.李秀彬 森林植被变化对流域水文影响的争论 2001(05)

26.Chanasyk DS.Mapfumo E.Willms W Quantification and simulation of surface runoff from fescuegrassland watersheds 2003

27.Celine C.Ghislain DM.Faycal B.Giovanni B A long-term hydrological modeling of the Upper Guadiana(Spain) 2003

28.李道峰.田英.刘昌明 黄河河源区变换环境下分布式水文模拟 2004(04)29.陈军锋.陈秀万 SWAT模型的水量平衡及其在梭磨河流域的应用 2004(02)

30.Cosain AK.Rao S.Srinivasan R Retur-flow assessment for irrigation command in the Palleru RiverBasin using SWAT model 2005

31.Sophocleous MA.Koelliker JK.Govindaraju RS.Birdie T Ramireddygari SR Perkins SP Integratednumerical modeling for basinwide water management:The case of the Rattlesnake Creek basin in south-central Kansas 1999

32.Sophocleous MA.Perkins SP Methodology and application of combined watershed and ground-watermodels in Kansas 2000

33.王宏.娄华君.田廷山.朱远峰 SWAT/GMS 联合模型在华北平原地下水库研究中的应用 2005(04)

34.Behera S.Panda RK Evaluation of management alternatives for an agricultural watershed in a sub-humid subtropical region using a physical process based model 2006

35.Arnold JG.Stockle CO Simulation of supplemental irrigation from on?farm ponds 199136.焦锋.秦伯强.黄文钰 小流域水环境管理-以宜兴湖滏镇为例 2003(02)

37.胡远安.程声通.贾海峰 非点源模型中的水文模拟-以SWAT模型在芦溪小流域的应用为例 2003(05)38.Droogers P.Bastiaanssen WG Irrigation performance using hydrological and remote sensingmodeling.Irrigation and Drainage Eng 2002

39.周春华.何锦.郭建青.郑力 降雨灌溉入渗条件下土壤水分运动的数值模拟 2007(03)

40.Odhiambo LO.Murty VVN Modeling water balance components in relation to field layout in lowlandpaddy fields.Ι:Model 1996

41.Santhi C.Muttiah RS.Arnold JG.Srinivasan R A GIS?based regional planning tool for irrigation

demand assessment and saving using SWAT 2005(01)42.陈家琦 现代水文学发展的新阶段-水资源水文学 1986(02)43.夏军 华北地区水循环与水资源安全问题与挑战 2002(06)

44.秦大庸.于福亮.裴源生 宁夏引黄灌区耗水量及水均衡模拟 2003(06)45.赵勇.裴源生.张金萍 宁夏平原区耗水量研究 2006(04)

46.王旭升.杨金忠 大型灌区陆地水循环模式的参数化方案:LWCMPS_ID 2005(12)47.王浩.王建华.秦大庸.贾仰文 基于二元水循环模式的水资源评价理论方法 2006(12)48.贾仰文.王浩.严登华 黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ι)-模型开发与验证 2006(05)

1.期刊论文 李建新.朱新军.于磊.LI Jian-xin.ZHU Xin-jun.YU Lei SWAT模型在海河流域水资源管理中的应用 -海河水利2010(5)

海河流域水资源过度开发利用,已造成严重的水环境危机,实现流域水资源可持续利用显得尤为重要.针对海河流域,利用SWAT模型构建流域、子流域、县域不同层次的水文模型,根据过去、现状水资源水环境的变化过程,预测未来各种情景下的水资源水环境变化趋势,为流域、区域的水资源管理提供科学依据.

2.期刊论文 吴洪涛.武春友.郝芳华.金英学.WU Hong-tao.WU Chun-you.HAO Fang-hua.JIN Ying-xue \"绿水\"的多角度评估及其管理研究 -中国人口·资源与环境2008,18(6)

传统的水资源评估和管理忽视了在粮食生产和维护生态系统等方面都具有重要作用的\"绿水\".本文引入绿水概念,并针对现有绿水评估研究中缺乏小尺度评估方法研究等问题,以碧流河上游地区为例,使用SWAT水文模型在小尺度建立了多角度评估绿水(包括绿水流和绿水贮存)的方法.并使用此方法估算得到了绿水量,绿水时空分布规律以及气候变化条件下绿水的响应规律,研究了引入绿水概念后传统水资源管理的重要革新内容.研究结果表明,使用SWAT水文模型评估流域绿水,是引入绿水概念后进行小尺度绿水评估的有效办法,值得在中国推广使用.绿水评估结果对水资源管理有重要的指导作用.绿水概念的引入为水资源的管理与决策提供了新的思路和更加科学的办法.

3.期刊论文 申万明.杨瑞恒.胡新锁.SHEN Wan-ming.YANG Rui-heng.HU Xin-suo SWAT模型在县级区域水资源管理中的应用 -南水北调与水利科技2010,08(4)

利用数学模型来模拟水文、泥沙、污染过程是流域管理中对特定管理措施的效果进行评估的重要工具,也是研究环境变化条件下水资源管理的重要手段.根据涉县土壤、土地利用和水利工程等区域信息,结合降水量数据,构建了县级简化的SWAT模型,对水量水质进行模拟.该模型可根据水功能区对水质的要求,模拟最佳的管理方案.既能使水质达到水功能区的要求,又可以有效地减少投入,在涉县水资源管理中得到了应用.

4.期刊论文 吴洪涛.武春友.郝芳华.金英学.WU Hong-tao.WU Chun-you.HAO Fang-hua.JIN Ying-xue 引入绿水概念的水资源评估及其管理革新研究 -未来与发展2008(10)

传统的水资源评估和管理只考虑了地表水和地下水,即\"蓝水\针对绿水研究中缺乏小尺度评估方法等问题,以碧流河上游地区为例,使用SWAT水文模型在小尺度统一评估了蓝水量和绿水(包括绿水流和绿水贮存),并研究了其时空分布规律.探讨了绿水概念给水资源管理带来的革新.研究结果表明,使用SWAT分布式水文模型统一评估流域蓝水和绿水,是引入绿水概念后进行小尺度水资源评估的有效办法,值得在中国的流域推广使用.评估结果和相关的时空分布研究对水资源管理有重要的指导作用.绿水概念的引入为水资源的管理与决策提供了新的思路和更加科学的办法.

5.学位论文 孙文超 SWAT模型输入数据预处理系统研究 2007

本研究是解决我国模型用户对于SWAT模型输入数据预处理需求的一种探索。在对SWAT模型的数据流进行归纳和总结的基础上提出输入数据预处理的整体工作框架,以此提高模型初次使用者从数据流角度对SWAT模型的认识程度,减少用户熟悉模型需要的时间并指导用户进行输入数据预处理工作。从系统集成角度对输入数据准备工作的需求进行分析,提出建立SWAT模型输入数据预处理系统并进行设计及开发,以期提高数据准备工作的效率、准确度、精确度以及模型使用者对研究区域的熟悉程度。主要研究成果如下:

1.提出在收集的原始数据到最终模型读取的数据文件的转化过程中用户将会面对原始数据、输入数据及输入文件三种数据概念。在对AVSWAT将输入数据处理成输入文件的过程进行分析的基础上,提出建立适用于研究区域模型所需的基本输入数据的内容。

2.提出输入数据预处理的整体工作框架,重点归纳了建立适用于研究区域模型所需要的基本输入数据的准备工作。空间数据的预处理包括GIS图层及点状地图要素的预处理,属性数据的预处理包括对土地利用数据、土壤属性数据、点源数据、水库数据、气象数据及管理措施概化信息的预处理。 3.提出用户从系统集成角度对SWAT模型输入数据的处理需求并对SWAT模型输入数据预处理系统进行设计。根据需求分析和系统应用目标设计系统的总体逻辑结构及开发模式。在此基础上对系统的应用层和数据层进行设计。该系统以数据为中心,应用层的核心模块包括数据导入模块、数据分析模块、数据处理模块、数据输出模块及GIS模块。数据层包括关系数据库及空间数据,两者通过关键字段进行关联。

4.以全球环境基金项目—“基于SWAT模型的漳卫南运河子流域水量过程模拟与非点源污染估算”为例,对SWAT模型输入数据预处理系统进行开发及测试。重点实现实测气象数据的空间插值及天气生成器输入文件的自动生成。

6.期刊论文 于峰.史正涛.李滨勇.杨具瑞.彭海英.YU Feng.SHI Zheng-tao.LI Bin-yong.YANG Ju-rui.PENG Hai-ying SWAT模型及其应用研究 -水科学与工程技术2008(5)

利用数学模型来模拟水文、泥沙、非点源污染过程是流域管理中对特定管理措施的效果进行评估的重要工具,也是研究环境变化条件下水资源管理的重要手段.SWAT(Soil and Water Assessment Too1)模型就是一个集成了遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)技术的目前国际流行的分布式水文模拟工具.该文介绍了SWAT模型的发展历程、原理及特点,概述了SWAT模型目前在径流模拟、非点源污染模拟与控制、气候变化对水文响应的影响、模型参数敏感性分析方面的进展情况,并对SWAT模型今后的应用和改进做了初步探讨.

7.期刊论文 陈强.秦大庸.苟思.周祖昊.桑学锋.CHEN Qiang.QIN Da-yong.GOU Si.ZHOU Zu-hao.SANG Xue-feng SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究 -灌溉排水学报2010,29(1)

利用改进的SWAT模型多水源灌溉模块,将水资源配置模型的农业灌溉用水展布到改进后的SWAT模型中,实现二模型的松散式耦合.以天津为例,对

SWAT模型进行参数调整和验证后,由耦合模型计算天津13个区(县)8种代表作物在水资源合理配置结果下的灌溉水量和相应的ET.耦合模型中的SWAT模型的灌溉水量接近配置模型结果,且ET的时空分布比较合理,耦合模型模拟精度较常规SWAT模型大幅提高,这种分布式水文模型与配置模型的耦合为流域水资源管理提供了一种新的途径.

8.期刊论文 于磊.顾鎏.李建新.朱新军.YU Lei.GU liu.LI Jian-xin.ZHU Xin-jun 基于SWAT模型的中尺度流域气候变化水文响应研究 -水土保持通报2008,28(4)

基于2002-2004年气象资料,选择一中尺度流域棗漳卫南流域,采用SWAT模型的ArcView界面AVS2000构建了分布式水文模型,并以流域现状气象条件为基准,设置了24种不同气候情景,以流域径流量、腾发量(Er)和产水量3个SWAT模型输出指标定量分析了气候变化对流域水循环的影响.模拟结果表明气候变化对于流域腾发量(Er)、地表经流量和产水量均有显著影响:流域降水量增加,流域腾发量(ET)、径流量和产水量都随之相应增加;流域气温增加,腾发量(ET)随之相应增加,但径流量和产水量随气温增加而相应降低.研究结果对于变化环境下的流域水资源管理具有一定的意义.

9.会议论文 于磊.王中根.曹盛军.李建新.杨威.朱新军.薛丽娟 基于改进SWAT模型的农业真实节水模拟研究 2009

我国华北地区水资源问题比较严重,农业耗水巨大,导致平原区地下水位下降严重,农业真实节水研究其有重要的现实意义。本研究对SWAT2000进行了改进并应用改进的SWAT模型在县级尺度进行了农业真实节水模拟研究,以期对农业真实节水和水资源管理提供科学依据和技术支持:基于河北省肥乡县土壤分布、水利工程和遥感监测土地利用等下垫面信息,以及遥感监测ET等监测数据,应用改进的SWAT模型,以2000—2005年雨量和气象资料,构建了肥乡县SWAT模型。并进行了肥乡县作物结构调整、灌溉制度改变和改变灌溉水源等农业管理措施情景下蒸散发(ET)的变化情况,进行了不同情景真实节水分析。研究结果对于农业地区进行水资源真实节水管理具有一定的借鉴意义。

10.期刊论文 朱新军.王中根.李建新.于磊.王金贵.ZHU Xinjun.WANG Zhonggen.LI Jianxin.YU Lei.WANG Jingui SWAT模型在漳卫河流域应用研究 -地理科学进展2006,25(5)

漳卫河流域是海河流域重要组成水系,也是我国北方地区水资源短缺和水环境恶化的典型区域之一.本文基于SWAT(Soil and Water AssessmentTool)构建漳卫河流域分布式水文模型,对模型的几个重要参数进行敏感性分析,总结出其取值变化对模拟结果的影响规律.并应用2000~2004年的水文气象数据,进行分布式水文过程模拟,将模拟结果与8个行政区划的水资源公报数据进行对比分析.结果显示模拟相对误差在10%以内,能够为水资源管理提供重要参考.研究成果对于SWAT模型在国内的应用和推广,具有很好的示范性.也为海河全流域分布式水文模型的研制奠定了基础.

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下载时间:2011年1月24日

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