基于swat模型农业干旱评价方法和应用

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1、基于SWAT模型农业干旱评价方法和应用　　摘要：以渭河上游灞河流域为研究区域，构建了SWAT分布式水文模型并进行水文过程模拟，得到土壤含水量模拟数据，据此计算获取土壤相对湿度。将计算结果作为农业干旱评价指标，对该流域的旱情等级进行评价。结果显示，2001年和2002年灞河流域春旱严重，2003年伏旱明显，这与流域记载的实际旱情描述大致吻合。研究表明，SWAT模型对于土壤墒情资料缺乏地区的农业干旱评价工作，具有一定的适用性。关键词：SWAT模型；径流模拟；土壤含水量；农业干旱评价中图分类号：S423；TV121文献标识码：A文章编号：1

2、672-1683（2014）01-0007-05近年来，我国干旱灾害频发，严重威胁人们的生产和生活环境，特别是给农业生产造成了重大的影响。资料显示，1950年至2001年间，我国每年因旱损失粮食1413万t，占同期全国粮食产量的4.68%[1-4]。因此，开展干旱研究，进行客观有效的农业干旱评价，为防旱减灾服务，已成为目前亟待解决的问题。11土壤水是作物水分需求的重要来源，常用来作为农业干旱评价研究的重要指标。然而我国绝大多数地区尚未建立土壤墒情监测站，因此获取准确完整的土壤含水量资料存在一定难度。不过，大多数地区水文站点分布密度相对

3、较大，且水文资料系列较长，所以通过流域水文模型模拟土壤含水量不失为一个有效途径。SWAT模型基于DEM数据和水文气象数据建模，不仅考虑了流域内不同土地利用、土壤类型等情况，而且可以描述灌溉等人工管理措施对土壤水文过程的影响。因此本文以渭河上游灞河流域为研究区域，采用SWAT模型进行土壤含水量过程模拟，并据此进行研究区农业干旱评价，为该区域的抗旱决策提供支撑。1SWAT模型简介及干旱评价方法1.1SWAT模型简介SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）是美国农业部（USDA）农业研究局（ARS）开发的流域尺度分布

4、式水文模型，多用于模拟和预测土地管理措施对流域产流、产沙和农业化学物质产量变化的影响[5]。近年来，SWAT模型在北美、非洲、欧洲和亚洲等地得到广泛推广和应用，并且不断地改进[6-10]。11SWAT模型包括水文过程、土壤侵蚀和污染负荷三个子模型，其中对水文过程的模拟分为陆面水文循环模块和汇流演算模块[11]。SWAT模型首先基于DEM数据将流域划分成若干子流域，然后根据不同的土地利用和土壤类型进一步划分水文响应单元（HRU）。模型在各个HRU上独立进行产流计算，汇流到子流域出口[12]，最后通过河道汇流得到流域出口的总径流过程。SW

5、AT模型采用SCS曲线数法以日步长进行降雨径流的模拟，可按年/月/日三种步长输出。1.2干旱评价方法3模型构建SWAT模型的构建分以下6个步骤进行：基础数据准备；子流域划分；水文响应单元（HRU）确定；参数敏感性分析；参数率定及不确定性分析；模型验证。3.1基础数据准备SWAT模型所需基础数据可分为两类：一是支撑模型的空间数据，反映研究区地形、土地利用状况和土壤分布；二是驱动模型的属性数据，反映研究区模拟时段的水文气象情况。（1）空间数据。模型运行需要的空间数据有：流域DEM数据、土地利用图和土壤类型图。本文采用90m×90mDEM数

6、据、1：10万的灞河流域土地利用图（Landuse）和第二次全国土壤调查南京土壤研究所提供的1：100万土壤类型图（Soil）。这三个空间图均采用统一的WGS1984地理坐标系和Albers等积圆锥投影，通过ArcGIS软件，用流域边界进行切割，转化成栅格大小为100m×100m的空间图层，见图2。（2）属性数据。11a.水文数据。水文数据包括降雨量和径流量。其中，降雨量资料采用研究区内11个雨量站逐日降雨过程；流量资料采用流域出口控制站点马渡王水文站年逐日流量过程。资料年限均为1991年-2003年，雨量站与水文站空间位置见图1。b

7、.气象数据。气象数据指SWAT模型驱动需要的日均最高/最低气温、日均风速、日均相对湿度和日均太阳辐射。由于研究区无气象站点，因此采用附近与本流域气候、地形条件相似的西安、华山、商县三个气象站点的数据，资料年限和时间尺度与水文数据一致。c.其他属性数据。其他属性数据包括土地利用类型和土壤属性。根据土地利用图的属性和SWAT模型自带土地利用数据库，利用ArcGIS软件将该流域的土地利用类型重新分为7类。SWAT模型用到的土壤属性数据包括物理属性和化学属性两类。其中物理属性数据决定了土壤剖面中水和气的运动情况，并对HRU中的水循环起着重要作

8、用。根据土壤类型图的属性和中国土种数据库资料，借助土壤水文特性软件SPAW计算得到土壤容积密度、有机碳等参数，建立研究区的模型土壤数据库。3.2子流域及HRU划分11输入前期准备的基础数据，利用流域DEM生成河网，设定集