分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌河流域的适用性研究

迈尔丹江·米吉提

(新疆维吾尔自治区喀什水文水资源勘测局，新疆喀什844000)

随着地理信息技术和计算机技术的快速发展，可充分考虑流域下垫面及气候条件变化的分布式水文模型逐渐被国内外许多学者运用于流域水文模拟研究，并取得一定的研究成果[[1]-[3]]。美国开发的分布式水文模型 SWAT 模型由于其数据易收集及模型原理简单的特点，在我国许多流域径流模拟得到应用[[4]-[6]]，特别是该模型可模拟寒区的融雪径流，在我国许多寒区的融雪径流模拟得到推广和应用[[7]-[9]]。而 SWAT 模型在新疆叶尔羌流域水文模拟应用较少，特别是对其融雪径流模拟的研究更少，因此，本文选用分布式水文模型SWAT模型定量模拟叶尔羌流域的径流，并分析其在叶尔羌流域的适用性，通过设定2种气候变化情景模式，定量分析气候变化情景模式对叶尔羌流域的径流影响。研究成果对于新疆叶尔羌流域水文模拟和预测提供参考价值。

1 研究方法

SWAT模型采用SCS降雨-径流模型来计算流域的径流量，SCS降雨径流方程为:

式中:Qsurf为径流量，mm;P为降雨总量，mm;Ⅰa为流域初损，mm，即产生地表径流之前的降雨损失;S为流域当时的可能最大滞留量，mm。

在上述公式中，S在空间上是分布不均匀的，与流域土壤类型、土地利用类型、植被管理措施以及流域坡度相关，并且在时间上随着土壤含水量变化而变化，模型中S的计算方程为:

其中CN值为反映前期流域特征的一个综合参数，CN值将流域土地利用类型、土壤类型以及土壤湿度等要素综合在一起。此外，SWAT模型还引入融雪径流方程进行流域融雪径流计算，考虑文章篇幅，SWAT模型具体模拟原理，可详见参考文献[6]。

2 研究区域概况及资料准备

2.1 研究区域概况

叶尔羌河全长996 km，流经新疆喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区和阿克苏地区。叶尔羌河最大年径流为9.55×109m3，最小径流量为4.47×109m3，卡群站是叶尔羌河的出山口水量控制站，集水面积为5.02×108km2，地理位置位于东经76°54'，北纬37°59'，该站多年平均降水量为100～150 mm。

2.2 模型资料准备

SWAT模型需要输入的数据有:(1)DEM数据，下载于国际空间数据共享平台提供的全球分辨率为90 s的DEM数据，结合研究区域边界获取研究流域的DEM数据;(2)土地利用类型数据，下载于中科院地理所提供的2 000 s全国1 km×1 km土地利用数据，运用流域边界获取研究区土地利用数据;(3)土壤类型数据，下载于中科院南京土壤所提供的全国1:4 000 000土壤类型数据，并运用流域边界获取了研究区域的土壤类型数据，其中土壤物理属性数据收集于当地土壤志;(4)水文数据，收集卡群水文站2000-2010年水文数据;(5)气象数据:收集流域内喀什气象站2000-2010年气象要素数据，包括最低、最高气温、日平均气温、风速、相对湿度、太阳辐射以及日照时数。

3 模型应用

3.1 模型的参数率定和验证

表1 SWAT模型参数率定成果表

表2 SWAT模型径流模拟成果表

基于卡群水文站2000-2010年水文数据，基于模型输入资料，对SWAT模型进行参数率定和验证，模型模拟结果见表1、表2和图1。

表2中可以看出，SWAT模型在叶尔羌河流域径流模拟具有较好的精度，模拟的径流深相对误差均在8%以内，确定性系数达到0.75以上，满足流域径流模拟的精度规范要求(径流深相对误差小于10%，确定性系数达到0.7以上)，SWAT模型在叶尔羌河流域径流模拟具有较好的适用性，从图1中代表年份流量过程模拟和实测流量比较可以看出，SWAT模型模拟的流量过程与实测流量也具有较好的吻合度，特别是在3-5月份，叶尔羌河流域融雪径流过程开始时期，SWAT模型模拟的这一阶段的流量和实测流量也具有较好的吻合度，可见，SWAT模型在叶尔羌河流域具有较好的适用性，可以用来模拟研究流域的融雪径流。

3.2 气候变化情景模式对叶尔羌流域径流影响分析

利用SWAT模型，通过设定2种气候变化情景模式(见表3)，模拟代表年份2006年气候变化情景模式改变前后流域径流量变化，从而定量分析不同气候变化情景模式对叶尔羌河流域水土流失的影响，结果见表4。

图1 代表年份模拟流量与实测流量过程对比图

表3 气候变化情景方案

表4 气候变化情景模式下径流影响

从表4中可以看出，在气候变化情景模式Ⅰ中，降水量不变化，气温升高2℃，其相应径流增加6.28%，这主要是因为气温升高，流域融雪径流量增加。而在气候变化情景模式ⅠⅠ中，气温不变，降水增加5%，径流量增加9.50%，同样水量平衡方程来说，降水量增加，使得流域径流量相应增加。

4 结语

本文定量分析了分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌流域的适用性，并设定2种气候变化情景模式，定量分析不同气候变化情景模式对研究流域的径流影响，研究取得以下结论:

(1)SWAT模型在新疆叶尔羌河流域径流模拟具有较好的适用性，模拟的径流深相对误差小于8%，确定性系数达到0.75以上，满足流域径流模拟的规范要求;

(2)降水量不变，气温升高2℃，叶尔羌河流域径流相应增加6.28%，气温不变，降水量增加，叶尔羌河流域径流量相应增加9.50%。

[1]车骞.基于SWAT模型的黄河源区分布式水文模拟[D].兰州大学.2006.

[2]贾馥溶.分布式水文模型EasyDHM在太湖流域山丘区的研究与应用[D].东华大学.2014.

[3]刘志雨.ArcTOP:TOPKAPⅠ与GⅠS紧密连接的分布式水文模型系统[J].水文.2005，04(5):18-22.

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