基于SWAT模型的长川流域生态水文过程模拟研究

论文摘要

长川流域是黄河的一条二级支流,地处黄土丘陵沟壑区,位于半干旱气候条件下的农牧交错带,生态环境脆弱,存在水土流失、干旱缺水等生态问题。本研究通过SWAT模型的生态水文模拟,比较分析了长川流域生态水文特征,一方面使SWAT模型成为该区域生态水文研究的有力工具,另一方面为认识长川流域生态-水文关系,为生态恢复和植被建设提供理论依据。本研究基于长川流域已有的及实测的气象数据、植被数据、土壤数据,以1986-1989和1990-1997年分别作为校准期和验证期,评价了SWAT模型在长川流域的适用性;结合2006-2007年对长川流域分布较广的九种植物生理生态数据及群落特征和土壤含水量的测定,对SWAT模型的植被与土壤数据进行修改或补充,评价SWAT模型对流域的植物蒸腾、土壤含水量及叶面积指数的模拟能力,在此基础上模拟并分析了1961-2007年长川流域主要植被类型的水分平衡特征、流域生态水文特征以及流域生态水文过程在不同降水年型的响应。研究结果显示,SWAT模型在长川流域具有较好的适用性,可以很好的模拟长川流域降水-产流过程,并能够较好的模拟土壤含水量、蒸腾量及叶面积指数;对长川流域不同植被-土壤组合的水分平衡分量对比分析表明,乔木林和农田的蒸散量、蒸腾量、蒸腾/蒸散比和土壤贮水增加量大于灌木林和草地,地表径流量和渗透量则小于后两者,风沙土地段的地表径流量较小;从流域长期生态水文过程来看,蒸散是流域消耗降水的主要形式,占降水量的75.43%;渗透的水量也较大,约占18.40%;年降水的5.13%形成地表径流;侧流量较小,只占降水量的1.15%;土壤水分的总体变化趋势为微弱降低,平均一年降低0.4 mm（600mm的土层内）;对平水年、枯水年和丰水年的生态水文过程进行对比分析发现,丰水年的各水分平衡分量都最大,但枯水年和平水年的对比分析表明蒸散量在受降水量影响的同时还与植被状况及土壤水分有关,在植被生长状况良好、土壤初始含水量较大的情况下,植被可以以消耗土壤水分为代价维持自身的蒸腾需水,从而在枯水年使流域产生较大的蒸散量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 研究意义与目的
• 1.2 研究综述
• 2. 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究目标及研究内容
• 2.3 研究方法与技术路线
• 3. SWAT模型原理
• 3.1 气候
• 3.2 水文
• 3.3 土地覆盖/植被
• 4. 基于SWAT模型的长川流域生态水文模拟
• 4.1 模型参数化
• 4.2 模型率定与验证
• 5. 长川流域生态水文过程分析
• 5.1 主要植被类型水分平衡特征分析
• 5.2 流域生态水文过程分析
• 6. 结论与讨论
• 6.1 结论
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 致谢