关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究.pdf

SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究.pdf

SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究.pdf

上传者: 249556276 2012-07-19 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含年月灌溉排水学报JournalofIrrigationandDrainage第卷第期文章编号:()SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究*陈强,秦大符等。

年月灌溉排水学报JournalofIrrigationandDrainage第卷第期文章编号:()SWAT模型与水资源配置模型的耦合研究*陈强,秦大庸,苟思,周祖昊,桑学锋(中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京)摘要:利用改进的SWAT模型多水源灌溉模块,将水资源配置模型的农业灌溉用水展布到改进后的SWAT模型中,实现二模型的松散式耦合。以天津为例,对SWAT模型进行参数调整和验证后,由耦合模型计算天津个区(县)种代表作物在水资源合理配置结果下的灌溉水量和相应的ET。耦合模型中的SWAT模型的灌溉水量接近配置模型结果,且ET的时空分布比较合理,耦合模型模拟精度较常规SWAT模型大幅提高,这种分布式水文模型与配置模型的耦合为流域水资源管理提供了一种新的途径。关键词:SWAT模型水资源配置模型农业灌溉ET天津市中图分类号:TV文献标志码:A引言SWAT模型作为具有物理机理的分布式水文模型,将流域根据地形概化为以河道作为水力联系的子流域,而子流域又根据土地利用类型和土壤类型进一步细分为水文响应单元(HRU),模型内还可以包括水库、池塘、注水点等工程。由于配置模型的水源地包括不同水库、河道以及单元内的浅层地下水和深层地下水,水源地供水量时间变异性很大。而在常规SWAT模型中,每个HRU在全部计算时段只能固定在单一水源地取水,若该水源地在某些时段供水不足,即使流域中其他水源地有盈余水量,也无法保证该HRU的灌溉取水需求。因而采用改进的SWAT模型灌溉取水计算模块,并使得模型中HRU内的多个水源地与相应配置单元内的水源地一致,模型在运行过程中,可以在不同时段从不同水源地取水灌溉,避免了某一水源过度利用,而其他水源未被利用的局面,适应了配置模型的多种水源和水源地供水量时间变异性大的特征,所配置的各水源得到充分利用。根据实际情况,对SWAT模型中井渠双灌区的单元在不同时段指定来自不同水源的灌溉量,水源地和灌溉量的制订符合配置要求。将水资源配置模型的结果,通过空间和时间展布,合理输入改进的SWAT模型,通过SWAT模型计算,得到在配置结果下不同空间尺度的农业灌溉量和ET以及其他相关结果。SWAT模型与水资源配置模型的耦合SWAT模型与配置模型在农业用水方面的耦合农业用水的合理展布是SWAT模型与配置模型耦合的关键。由于配置模型生成的是各区(县)逐月的各行业用水量,而SWAT作为分布式水文模型,是以水文响应单元(HRU)为基本计算单元,因此需要建立SWAT模型的HRU与配置模型的各区(县)的空间拓扑关系和时间对应关系,将配置结果的月水量展布为SWAT模型的单日灌溉水量,同时还要符合配置模型水源地的时空变化。)灌溉水量的空间展布根据SWAT模型划分的子流域,在GIS软件中建立SWAT模型的子流域和配置模型的区(县)的空间位置的对应关系,进而得到各子流域中HRU所属区(县)。随后根据调查结果,确定各HRU作物类型。在*收稿日期:基金项目:国家重点基础研究发展计划()(CB)国家自然科学基金委创新群体研究基金()世界银行全球环境基金(GEF)资助项目(TJSHZ)作者简介:陈强(),新疆哈密人。硕士研究生,研究方向为水文水资源。区(县)内累加相同作物HRU的面积计算出各区(县)每种作物的面积,得到各HRU在各区(县)内对应作物的面积权重,计算如下:Am,n=Im,ni=am,n,i()wm,n,i=am,n,iAm,n()式中:Am,n为第m区(县)中第n种作物的面积am,n,i为第m区(县)中第n种作物中第i个HRU面积Im,n为第m区(县)中第n种作物的HRU总数wm,n,i为第i个HRU在第m区(县)中第n种作物的面积权重。然后,根据调查取得配置时段每个区(县)各种作物的灌溉定额和区(县)内各作物面积,按照区(县)内各作物缺水率相同的方式,计算得各区(县)各作物的配水权重系数,计算如下:qm,n=Am,nQm,nNmn=(Am,nQm,n)()式中:qm,n为第m区(县)中第n种作物需水权重Qm,n为第m区(县)中第n种作物灌溉定额Nm为第m区(县)中作物种类总数。随后,将配置的水量按权重分配到各HRU,得到SWAT模型各月各HRU灌溉水量,计算如下:Irm,n,i=wm,n,iqm,nWm()式中:Irm,n,i为SWAT模型中第m区(县)中第n种作物中第i个HRU的灌溉水量Wm为配置模型中第m区(县)配制的各水源的总水量。随后,根据当月该HRU所在区(县)各水源配置的水量,对于存在多水源灌溉的HRU,根据水资源合理配置和保护地下水的原则,先指定来自地表水源(河道和水库)的灌溉量,如果该月配置的地表水已取完,则开始指定地下水源(浅层和深层地下水)的灌溉量而其他单水源地区,直接指定相应水源地的灌溉量。)灌溉水量的时间展布上述空间展布方式可以计算出每个HRU各月的来自各水源的灌溉水量,随后依据历史灌溉制度中各次灌溉的日期,将空间展布的灌溉水量分配到每次灌溉中,得到各HRU每次灌溉的相应水量。通过上述改进,使配置模型输出的区(县)尺度上的月灌溉用水量成为SWAT模型HRU尺度上的各次农业灌溉用水量,灌溉管理的空间尺度显著缩小,同时满足了灌溉水源的时空变异性。耦合模型对非农业用水的处理重点研究农业用水,但流域内非农业部门(包括二、三产业和生活用水)用水量同样较大,且水源地与农业用水部分重合,这些部门的取用水会对SWAT模型中农业灌溉水源地的供水能力产生影响。对于存在这部分用水的区域,将配置的非农业部门用水从模型中的指定的水库和外调水所注入的点源等取水集中区移除,取水量和取水点由配置模型指定排水过程则以注水点的方式模拟,排水量通过耗水率和所配置的水量计算,排水点由配置模型指定,这样保证了SWAT模型的取用水过程与实际取用水过程或者配置过程一致。至此,SWAT模型适应了配置模型多水源供水特性的要求,完成计算数据的时空展布,实现了改进SWAT模型与配置模型的松散耦合。耦合模型的联合应用模型构建以天津市为例,天津全境面积km,年耕地面积km,主要有种代表性作物,各作物种类及相应面积如表所示。水资源配置模型根据天津全境的地形特征和行政区划,将天津全境划分为基于行政区(县)单元的个计算单元(由于跨越了个流域三级区,蓟县和北辰县分别拆分为个计算单元)而SWAT模型根据地形将天津全境划分为个子流域,又根据种土地利用类型和种土壤类型,共划分出个水文响应单元,每个HRU只对应一种作物类型,面积大小约为配置模型计算单元的百分之一。SWAT模型调试与验证SWAT模型预热期为~年,调整参数期为~年共年,验证期为~年共年,模型构建所需基础数据参考文献,调试与校验期的灌溉水量和各项耗水数据来自天津区(县)农业灌溉用水量统计数据和天津市水资源公报数据,利用上述展布方式,输入SWAT模型。以天津个主要河流的出口流量为校验依据,个河口断面调试期和验证期的模拟值与实测值的Nash效益系数、相关系数如表所示。只要参数合理,且充分考虑人工措施对流域水文循环的影响,SWAT模型对于一般流域的径流模拟效果较为理想。表天津年区(县)各作物种植面积km区(县)宝坻北辰大港东丽汉沽蓟县津南静海宁河塘沽武清西青市区全市水稻玉麦玉米棉花大豆向日葵蔬菜果林合计表SWAT模型四断面模拟结果指标序号控制站点控制的流域面积km调试期Nash效益系数相关系数验证期Nash效益系数相关系数蓟运河防潮闸海河防潮闸独流减河防潮闸潮白河防潮闸耦合计算结果以天津市年水资源条件为本底,经过水资源合理配置,由耦合模型计算得到年规划情景下的天津各区(县)平均综合净灌溉量如表所示,SWAT计算得种作物生长期ET量如表所示。改进后的SWAT模型与配置模型年规划情景下入海总量月过程如图所示,同时还可以计算以面积较小的子流域为单元的灌溉量和相应ET的空间分布图。表SWAT模型改进前后天津年规划情景下各区(县)平均综合净灌溉量比较区(县)宝坻北辰大港东丽汉沽蓟县津南静海宁河塘沽武清西青市区全市配置结果的综合净灌溉量mm改进前SWAT净灌溉量mm取水保证率改进后SWAT净灌溉量mm取水保证率表天津年规划情景下各作物生长期ET和灌溉量mm作物水稻小麦玉米棉花大豆向日葵蔬菜果林生长期ET适宜用水区间下限****生长期灌溉量图SWAT模型与配置模型年规划情景下入海总量月过程利用改进后SWAT模型与配置模型进行耦合的效果比较满意,表现在以下几方面。)二模型灌溉取水时空特性趋于一致,改进前的SWAT模型从单一水源取水,无法满足井渠双灌地区的实际情况,也无法适应供水能力的时空变异性,许多HRU无法从指定的单一水源得到足够的灌溉水,而区内其他水源有富余水量,灌溉取水保证率很低,二模型耦合效果较差。改进后的SWAT模型适应了配置模型水源供水能力的时空变异性,从表可见改进后的SWAT模型展布计算得到的综合净灌溉量与配置结果的综合净灌溉量已经比较接近,全市平均灌溉量与配置结果的差值由模型改进前的mm缩小到mm,灌溉取水保证率(SWAT计算灌溉量与配置灌溉量之比)由提高到SWAT灌溉水量与各区(县)配置的农业灌溉水相关系数由原来的提高到,配置到各区(县)的农业用水在区(县)内的HRU得到合理分配。)作物生长期ET相对比较合理,由表可见,水稻、小麦、玉米、棉花种作物生长期ET略低于用水量适宜区间的下限,但考虑到这是水资源规划情景(考虑到农业节水潜力)下得到的作物ET,仍具有一定参考价值。)二模型的径流特性一致,从图可见,SWAT模型与配置模型入海总量月过程比较接近,相关系数达到,年入海总量相对误差。改进后SWAT模型更好地反映了配置模型农业用水的时空分布,与配置结果的耦合精度大幅提高。此外,通过SWAT能更详细直观反映配置结果下的灌溉水量和ET的空间分布,以子流域为单元的净灌溉量和农业ET呈现较好的空间一致性,符合北方灌溉农业的耗水特征。参考文献:王建华,江东黄河流域二元水循环要素反演研究M北京:科学出版社,甘治国,蒋云钟,鲁帆,等北京市水资源配置模拟模型研究J水利学报,,():蒋云钟,赵红莉,甘治国,等基于蒸腾蒸发量指标的水资源合理配置方法J水利学报,,():王浩,王建华,秦大庸流域水资源合理配置的研究进展与发展方向J水科学进展,,():ChaplotV,SalehA,JaynesDB,etalPredictingWater,SedimentandNONLoadsUnderScenariosofLanduseandManagementPracticesinaFlatWatershedJWater,Air,andSoilPollution,,:HernandezM,MillerSN,GoodrichDC,etalModelingRunoffResponsetoLandCoverandRainfallSpatialVariabilityinSemiAridWatershedsJEnvironmentalMonitoringandAssessment,,:桑学锋,周祖昊,秦大庸,等SWAT模型人工循环方面的改进及在强人类活动地区的应用J水利学报,,():段爱旺,孙景生,刘钰,等北方地区主要农作物灌溉用水定额M北京:中国农业科学技术出版社,ResearchoftheCouplingofSWATModelandWaterAllocationModelCHENQiang,QINDayong,GOUSi,ZHOUZuhao,SANGXuefeng(ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing,China)Abstract:WehaveconvertedtheoutputdataofWaterAllocationModel(WAMforshort)andimporteditintotheimprovedSWATmodel(ISWATforshort)whichiscapabletofetchwaterfromvariouswatersources,andestablishedacouplingmodelofthesetwomodelsAfteradjustingvalidatingtheISWAT,weappliedthecouplingmodeltocalculatetheamountofirrigationandETofcropsincountiesofTianjinofChinaOfthecouplingmodel,theirrigationamountofISWATisclosetotheresultoftheWAMandtheETamountofthecropsisreasonable,whichmeansitismoreaccuratetocoupletheISWATwiththeWAMthanthetraditionalSWATmodelandthecouplingmodelisabletofacilitatebasinwatermanagementKeywords:SWATmodelwaterallocationmodelirrigationETTianjin

热点搜索换一换

用户评论(0)

0/200

精彩专题

上传我的资料

每篇奖励 +2积分

资料评价:

/4
1下载券 下载 加入VIP, 送下载券

意见
反馈

立即扫码关注

爱问共享资料微信公众号

返回
顶部