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基于SWAT模型的锡林河流域融雪径流模拟研究

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摘要

1 引言

1.1 选题依据及研究意义

1.1.1 寒旱区草原流域水资源的重要性

1.1.2 锡林河流域的特殊性

1.1.3 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 锡林河流域概况

2.1 自然环境概况

2.1.1 流域地形地貌

2.1.2 流域植被

2.1.3 流域土壤

2.1.4 流域气象

2.1.5 流域水文

2.2 社会经济概况

2.2.1 锡林河流域主要行政区概述

2.2.2 锡林河流域人口牲畜经济现状

3 SWAT模型概述

3.1 流域水文模型综述

3.2 SWAT2012基本原理

3.2.1 SWAT模型两阶段水文过程模拟

3.2.2 SWAT模型径流模拟原理

3.3 SWAT模型融雪模拟原理

3.3.1 积雪

3.3.2 融雪

4 锡林河流域基础数据整备及模型的参数化

4.1 DEM数据

4.1.1 DEN数据的选择

4.1.2 DEM流域边界的修订

4.2 土地利用数据

4.2.1 数据来源

4.2.2 土地利用数据库的构建

4.3 土壤数据

4.3.1 数据来源

4.3.2 土壤数据库的构建

4.4 气象数据

4.4.1 气象站点分布

4.4.2 气象数据库的构建

4.5 径流数据

5 锡林河流域SWAT模型的建立

5.1 模型运行

5.1.1 子流域划分

5.1.2 水文响应单元HRU生成

5.2 模型主要参数的确定

5.3 评价标准

5.4 不同水文年型径流模拟

5.4.1 水文年划分

5.4.2 不同水文年型径流模拟结果

6 融雪径流模拟研究

6.1 冻土水文过程

6.2 锡林河流域降水-径流分析

6.3 融雪径流模拟

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 不足与展望

致谢

参考文献

作者简介

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摘要

草原河流作为孕育草原生命的摇篮,是维系草原流域水源供给和生态环境最重要的纽带,也是制约草原流域社会经济可持续发展的决定性因素。鉴于寒旱区草原特有的季节性和地区性特色,春季融雪产生的较强径流与夏季降水会形成明显的双峰型地表径流特征。降水与融雪水是影响该区地表水文特征的主要水文要素,控制着土壤水分的变化,季节性冻土的形成也使得区域水文过程发生改变。近年来,由于受到全球气候变化、降水时空分布不均、人口增长及社会经济快速发展等因素的影响,寒旱区草原水资源供需矛盾日益剧烈,草原流域水资源的短缺已经成为限制草原流域可持续发展的关键障碍。因此,如何运用科学手段构建健康的草原流域水资源利用模式,已经受到社会各界的高度关注。
  本文以我国北方寒旱区草原中典型流域—锡林河流域为研究对象,结合我国北方寒旱区草原型河流流域的气候特点、下垫面条件及水文过程的特殊性,针对锡林河流域发生季节性冻土现象下的降水—径流特点,通过利用锡林河水文站的年径流频率曲线,采用一定保证率条件下的年径流量作为划分流域丰平枯水年的标准,对锡林河流域历史水文年进行划分。基于此基础,应用统计分析方法对降水、径流进行统计分析,揭示降水、径流年内分配特点及季节性冻土条件下降水-径流特征,以ARCSWAT2012为操作平台,应用地理统计分析方法,对模型建立过程中所需的各数据库进行基础数据整备与参数化,分析影响模型径流模拟精度的主要参数,进行模型的参数率定与结果精度评价,分别对锡林河流域各丰、平、枯水年进行径流模拟,并对其结果进行了检验,提出SWAT模型应用于我国寒旱区草原的可行性及对寒旱区草原流域未来水资源模拟的模型改进建议,从模型在率定期与验证期的模拟结果可以看出SWAT模型对锡林河流域积雪与融雪径流过程模拟符合要求,率定期模型的相关R2为0.79,纳什系数Ene为0.76;验证期时,R2为0.61,Ene为0.53。显然,SWAT模型在中国北方寒旱区的可操作性。结果表明:SWAT模型对细化流域降水-径流分配的径流模拟具有不同的精度,即平水年>偏丰水年>丰水年>偏枯水年>枯水年,体现出SWAT模型在中国北方寒旱区丰水年和平水年具有较好的可操作性。

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