基于swat模型的黄土丘陵区岔巴沟流域径流模拟分析

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1、l绪论1绪论1．1研究背景与意义地处中国中部偏北的黄土高原地区，面积约64万km2，是我国黄土分和最为集中的地区，也是中华民族文化的摇篮。黄土高原因其地形破碎、土质疏松等地质地貌特点、干旱半干旱的气候特征以及长期不合理的农耕生产方式，面临着水土流失和干旱等严重的生态环境问题，水资源短缺更是制约该区域生态环境建设尤为突出的问题。此外，黄河中游流经该区域。黄河中游是我国主要的缺水地区，20世纪90年代以来，中游部分支流断流现象频繁发生，对黄河中下游地区产生了深远的影ⅡlajC¨。因此，黄土高原地区河川径流的研究越来越受到广泛的关注和重视【21，

2、这对改善该区域生态环境和黄河中下游水资源的丌发利用都具有重要的意义。径流的形成是在受大气条件(降水、气温、风速、太阳辐射等)和陆面条件(地形、地质、植被、土壤等)的共同影响下，通过陆．气徊j水量和能量的交换及相互作用而产生【3]，因此要想有效的改善黄土高原水资源短缺就要求全面认识该区域内水循环要素过程、客观发现人为干扰因素与径流形成及环境生念之问存在的不和谐。这些问题对于传统方法而-h‘，难度较大，这就需要借助具有物理机制的分布式水文模型进行研究，将其作为手段再现或者模拟流域水文过程【41。其中在分布式水文模型中占有重要地位的SWAT(So

3、ilandWaterAssessmentT001)，是一个发展较为完善的模型，因其强大的功能、先进的模型结构以及高效连续模拟等优点，源代码公丌、与GIS结合的自订处理等特点，在世界范围内得到了重视和推广，广泛应用于径流研究方面p’6j。因此，本研究选择位于黄土高原丘陵沟壑区第一副区的典型小流域分巴沟流域为研究区域，应用分布式水文模型SWAT模型，展丌该流域径流模拟研究，试图为改善黄土高原地区生念环境提供参考价值和理论依据。此外，目日订SWAT模型在国内外的应用主要是在湿润地区，这与本研究区域的气候特征不同，可通过SWAT模型在甜巴沟流域的径

4、流模拟效果来探索其在干旱半干旱地区应用的可能性，对SWAT模型的推广也具有一定的意义。1．2研究综述1．2．1分布式水文模型研究综述a．概述水文模型是水文学发展的产物，是通过对自然界中复杂水循环过程的近似描述来实现研究水文自然规律和解决水文实践问题的目的【7‘81。它是研究水文科学的一种重要的工具和方法[91，并在不断的发展和完善。水文模型种类繁多，其中以一个流域作为研究对象，将流域划分成若干个小的计算单元，考虑流域下挚面及水文过程的空I、白J变化的模型称之为西安理工大学硕士学位论文分布式流域水文模型【10。11】，此类模型因其理论上的前沿

5、性和应用上的广泛性，已成为近年来水文学研究热点之一，也是是水文模型发展的必然趋势【12_13】。分布式水文模型是从水循环的动力学机制描述水文循环的各个环节，根据水文过程的空问异质性，将流域离散成若干小单元，考虑了每个小单元内的纵向运动和单元之间的横向水量交换，因而所描述的水文过程更接近客观世界【12．13】。模型以分布式流域下挚面、分布式输入量作为标志，以地理信息系统(GIS)技术、计算机技术和数值分析理论为技术支撑，以基于数字高程模型DEM构建网格单元的产汇流模型，采用偏微分方程描述产汇流过程为核心【10】【‘4】，其结构如图，一般由分布

6、式输入模块、单元水文响应、河网汇流模型组成三部分组成，其中分向式输入模块主要提供流域空问信息，同时也是模型同GIS等相关技术接口的部分；单元水文响应主要进行坡面产流的计算；i．-j网汇流模型进行流域汇流的演算¨M。图1—1分布式水文模曩!结构图“⋯Fig．1-1Thestructureofdistributedhydrologicalmodel随着计算机技术的不断发展和地理信息系统(GIS)、遥感(RS)技术在水文科学中的广泛应用，分布式水文模型探索和认识水文循环过程与机理优越性会越发突出[13】，是水文科学发展的自，J．沿和方向。b．国内

7、外研究进展1969年，Freeze和Harlan发表的[161标志着分布式水文模型研究的丌端。当时由于模型资料要求和计算机水平等因素，使得分布式水文模型发展缓慢。进入20世纪80年代’1绪论以来，随着计算机功能的加强和3S技术等相关技术的蓬勃发展，为获取空间信息和数掘处理提供了极大的方便，分御式水文模型也因此得到了迅速发展，Freeze和Harlan所描绘的分行式水文模型的“蓝图

8、”也随之得到了实现。在过去几十年早，水文学者相继丌发了众多分布式水文模型，下面就常见的分布式水文模型TOPMODEL、MIKESHE、SWAT概述，其中SWAT模型在本研究第二章