基于SWAT模型的沂河流域水环境分布式模拟研究

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1、Distributed腑terEnvironmentSimulationofYiheRiverBasinBasedonSWATModelApproach彳刀zPs／sSubmittedtoSchoolofGeographicandOceanographicSciencesNanjingUniversityByYANGJinghuiForMasterDegreeinCartography&GISSupervisor：Dr．ZHANGWanchangMay2010

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3、2570直墓垒塾堕丝些些垒墅丝些墼垄堕：墅毕业论文题目基王§巡虹槿型数近逦逾越垄丕撞坌查式堪型盟塞专业丝图堂皇丝堡筐：垦丕统硕士姓名：拯董荃指导教师(姓名、职称)：毯夏昌塾援摘要当前全球范围内水环境问题突出，不仅表现在水量的不足，更反映在水质的恶化，我国各大流域也面临不同程度的水环境问题，因此近年来对流域水质水量的综合模拟评价成为研究热点。随着点源污染的控制，非点源污染成为水环境的主要污染源，其过程机理复杂，传统研究方法效率低且投入高，应用水环境污染模型模拟是研究非点源污染的重要手段。SWAT模型是国际上广泛使用的发展较成熟的大型分布式流域水环境模型，结

4、合了RS与GIS技术，具有很强的水文物理机制，能够对长时间段复杂大中型流域的水文循环及水环境污染过程进行连续分布式的模拟，是兼具较高模拟精度和实用性的流域水环境模型，为监测、评价、研究流域水质水量状况提供了强大的支持平台。研究选取淮河子流域沂河流域为研究区，结合GIS与RS技术制备了流域DEM、土地利用／土地覆盖图和土壤类型图，获得并整理了水环境模拟所需的观测数据，包括降水、气温、土壤相对湿度、风速、径流、泥沙、营养物负荷等，利用这些地图数据和观测数据构建了基于Geodatabase的沂河流域基础数据库。应用SPAW模型和统计分析方法建立了沂河流域的土壤

5、属性数据库和天气站点属性数据库。应用GIS软件根据DEM地形特征提取流域水系，将沂河流域划分为23个子流域，并进一步根据不同的土地利用／土壤类型／坡度组合特征将每一个子流域细分为多个水文响应单元(HRUs)，全流域共划分出173个水文响应单元，实现了流域的离散化。根据SWAT模型参数敏感度分析结果，通过模型模拟结果与实测数据的对比分析，对模型径流、泥沙、营养物三个模块的参数进行了率定。其中径流部分的率定按年、月、日时间尺度递降顺序对葛沟、角沂、临沂三个水文观测站的模拟结果分别进行参数率定，并且计算了相对误差(I也)、确定性系数(R2)、NS系数(Ens)

6、，对模型做出精度评价。最终率定后的模型逐日径流模拟的NS系数分别为：葛沟站0．7l，角沂站O．67，临沂站0．66；模型验证期流域出口日径流模拟的R2值为0．83，NS系数为0．68，说明模型能较好的模拟沂河流域降水径流过程。由于实测数据限制，研究对泥沙和营养物负荷模拟进行了粗率定，模拟结果没有计算NS系数。经过粗率定，建立的SWAT模型可以大致描述沂河流域河流输沙量的变化趋势及输沙量随水量的变化趋势。研究对营养物负荷的参数率定和模拟仅限总磷和氨氮两个指标，率定后模型对总磷、氨氮模拟的平均相对误差分别为8．0％和25％，模型对流域氨氮、总磷的模拟效果基本

7、合理，能够反映实际非点源营养物负荷的变化趋势。模拟结果的评价与分析可以说明，研究应用SWAT建立的沂河流域水环境模型能够较合理的描述该流域的降雨径流、产输沙、营养物迁移转化过程，实现流域水质水量的耦合模拟，能够为沂河流域水环境的现状评价和流域最佳管理措施的制定提供科学、定量的参考依据。关键词：水环境，SWAT，非点源污染，分布式，沂河T髓SIS：DistributedWraterEnvironmentSimulationofYiheSPECIALIZATION：￡垒煎Qg￡塑hY鱼鱼I墨POSTGRADUATE：塑型Q』in幽iABSTRACTWater

8、environmentproblems，whicharenotonlyshowninaspectofwaterquantitydeficiency,butalsoreflectedonwaterqualitydeterioration,havebecomemoreandmoreprominentinmodemsocietyinChinaandallovertheworld，thesituationofwhichhasledresearchtofoCUSoncomprehensivesimulationandassessmentofwaterquality

9、andquantityinrecentyears．Asthepointsourc