[发明专利]一种基于SWAT模型模拟流域水文过程的改进与应用方法

摘要

本发明通过土地利用/覆被是水文过程模拟的关键参数，影响截留、入渗、蒸散发和地下水补给等水文过程，在受人类活动干扰强烈的区域，土地利用/覆被类型会发生剧烈变化，进而影响流域水循环过程。SWAT作为一个广泛应用的分布式水文模型，在其模拟期内，不能逐年调用土地利用/覆被数据，即忽略了土地利用/覆被时间上的变化，可能会影响其在土地利用/覆被变化剧烈地区的应用，本文针对SWAT模型的这一缺点，对其进行了改进并开发出能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU‑SWAT模型。在土地利用/覆被变化剧烈的黑河中游对SWAT和LU‑SWAT模型的径流模拟效果进行比较，发现LU‑SWAT模型更适用于黑河中游水循环模拟。

主权项

1.一种基于SWAT模型模拟流域水文过程的改进与应用方法，其特征在于，所述SWAT作为一个半分布式的水文模型，首先将整个研究流域根据流域的地形因子、河网分布特征划分为若干子流域，在此基础上，SWAT进一步按流域的土地利用类型、土壤类型和坡度面积阈值划分水文响应单元，即HRUs，由于SWAT假设模拟时段内土地利用类型、土壤类型和坡度不变，生成的HRUs不会因为模拟年份的不同而改变属性，每个单独的HRU上，SWAT采用概念性模型估算降雨、产流、泥沙等。这些计算完成后进行河道汇流演算，最后求得出口断面的流量、泥沙量和污染负荷量；SWAT模型模拟的流域水文过程可分为：1)水循环之陆面部分，即产流和坡面汇流部分，它控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质等的输入量；2)水循环之水面部分，即河道汇流部分，决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移；根据水量平衡原理，SWAT模型的水量计算遵循下式：Tu＝T0+∑(Seay‑Rtvsg‑Eu‑Ttffp‑Rw)ui＝1              (1)；SWAT模型改进分为以下几个部分：部分一：保证利用多年土地利用/覆被数据生成的HRUs的数量、面积和空间位置不变；部分二：在生成HRUs之前，首先将研究时段内的逐年土地利用数据进行空间叠加，生成叠加后的土地利用图并得到其对应的属性表，该属性表中有斑块号以及各个斑块所对应的不同年份的土地利用类型等属性。将空间叠加后的土地利用图与土壤类型图、坡度图再次进行空间叠加，叠加过程中逐年调用前一步生成的属性表中各个斑块对应的不同年份的土地利用类型，生成不同年份的HURs；部分三：需要修改原始SWAT模型的运算流程,原始的SWAT模型在计算之前先进行参数初始化，后进入日循环，与原始的SWAT模型相比，新的SWAT模型在参数初始化之前加入了一层循环结构，使程序在初始化参数之前读取当前年份的输入数据(HRUs数据)，而后计算进入日循环阶段；程序所读取年份的上一年若是模拟时段的最后一年，则结束计算；否则每年最后一天的模拟结束之后将模型模拟结果写入文件并再次读取本年份的输入数据并进行相应的参数初始化，再进入日循环；根据新的模型计算结构修改SWAT源代码，使其能真正体现土地利用数据的逐年变化。