基于改進的SWAT模型時空尺度對洪水模擬影響研究.pdf

1、時空屬性解譯是分布式水文模擬的核心，無論是模型的輸入還是輸出，顯然都涉及到了時間和空間尺度的問題。本文以淮河王家壩站以上流域為研究對象，研究了基于改進的 SWAT模型時空尺度對洪水模擬的影響。首先，對模型原來的土壤數(shù)據(jù)庫和氣象數(shù)據(jù)庫進行修改，構(gòu)建適應(yīng)研究區(qū)的SWAT模型。其次，在SWAT模型開源代碼的基礎(chǔ)上修改了模型的產(chǎn)匯流模塊，使其可以進行日以下時段模擬，同時驗證了修改后的模型在研究區(qū)洪水模擬中的適應(yīng)性。最后，在保證修改后的模型精度基

2、礎(chǔ)上，探討了DEM空間分辨率和降雨時空分辨率對洪水模擬的影響。
　　1）對獲取的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行處理，構(gòu)建研究區(qū)的土壤數(shù)據(jù)庫和氣象數(shù)據(jù)庫，從而建立了淮河王家壩以上流域SWAT分布式模型。在模型開源代碼的基礎(chǔ)上，主要對模型的坡面匯流模塊以及模擬方式等進行了修改，使其可以進行連續(xù)場次的日以下時間步長的徑流模擬，同時從洪水預(yù)報和洪水模擬兩個角度對修改后的模型在研究區(qū)的適應(yīng)性進行了評估，結(jié)果表明：修改后的模型其模擬精度可以滿足連續(xù)場

3、次的日以下時段步長的洪水模擬，且模擬結(jié)果比較理想。若將改進后的模型用于高精度的洪水預(yù)報，則還需要對模型相應(yīng)模塊作進一步的改進。
　　2）將研究區(qū)90×90m2分辨率DEM數(shù)據(jù)集聚合成其他5種不同空間分辨率的數(shù)據(jù)。采用MR（multi-resolution）和MC（multi-calibration）兩種測試方法來研究不同柵格分辨率對徑流模擬的影響。研究顯示，DEM柵格尺寸主要影響流域的高程、面積以及流域坡度；只要在某一分辨率下進行

4、參數(shù)率定，采用較低分辨率的空間輸入數(shù)據(jù)進行研究區(qū)的洪水模擬也是可行的；參數(shù)Alpha_Bf、Canmx、Sol_K和Surlag對分辨率變化的敏感程度最高，Cn2、Sol_Z、Ch_N、Gw_Delay和 Sol_Awc次之，Esco最差；DEM數(shù)據(jù)的分辨率變化對于淮河王家壩流域的徑流模擬結(jié)果帶來的不確定性較低；大洪水模擬比小洪水模擬更加需要考慮DEM空間輸入數(shù)據(jù)的分辨率問題。
　　3）將基礎(chǔ)1h降雨數(shù)據(jù)聚集成2h、3h、6h、1

5、2h時間步長的降雨數(shù)據(jù)，1h流量數(shù)據(jù)采用面積包圍法聚合成2h、3h、6h、12h時間間隔的流量資料。采用MT（multi-timestep）、MC（multi-calibration）和PE（parameter exchange）三種測試方法研究降雨分辨率變化對徑流模擬的影響。研究結(jié)果表明：累積降雨的時間步長對洪峰流量影響較大；另外從水文過程線形狀來看，隨著降雨累計時間的增加，過程線越來越平滑；通過重新調(diào)整參數(shù)，各時間步長情景的模擬結(jié)果

6、均能滿足洪水模擬的精度要求，然而隨著時間步長的增加，模擬精度有降低的趨勢；參數(shù)的移植符合就近法則，時間尺度越接近移植的效果越好。
　　4）采用遍歷抽樣法結(jié)合SWAT模型的方法，研究了降雨空間分辨率變化對研究徑流模擬的影響，結(jié)果顯示：模型模擬精度隨著雨量站數(shù)量的增加先有大幅度的波動增加，然后呈現(xiàn)微小波動增加到精度最大值，而后又小幅波動減小，最后隨著雨量站數(shù)量的增加模型精度幾乎不再發(fā)生變化；雨量站數(shù)量在60時率定期的NS最大，為0.8