基于SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域径流模拟中的应用

为在江西修水流域高沙水文站以上汇水区域构建SWAT分布式水文模型,采用SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析、率定、验证及不确定性分析,对修水流域1984~2003年月径流量过程进行模拟。结果表明,敏感度最强的前三个参数依次为土壤饱和导水率、土壤蒸发补偿系数和径流曲线数;率定期与验证期的纳什系数ENS值和相关系数R2值均高于0.90,月径流量模拟值与实测流量过程线拟合程度较好;95PPU置信区间的模拟值和实测值较为一致;不确定性区间较小,验证期小于率定期;实证了采用SUFI-2算法的SWAT模型在修水流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。

基于SWAT模型和SUFI-2算法的渭河流域月径流分布式模拟

在渭河流域构建分布式水文模型SWAT,并采用SUFI-2算法进行参数敏感性分析以及参数率定、模型验证与不确定性分析,对渭河流域1961—2008年的月径流过程进行模拟.研究结果表明28个跟水文相关的参数对径流均有不同程度的相关性,如CN2、ALPHA_BF、SLSUBBSN、SOL_BD、HRU_SLP、SOL_K、SOL_AWC以及SMFMX等最为敏感.林家村、魏家堡、咸阳、临潼和华县水文站的月径流模拟与实测过程线总体拟合程度较好,率定期和验证期多数站的Φ和效率系数ENS值均高于0.6(0.7),所有站的确定性系数R2值均高于0.7(0.8).R-factor均较小,但林家村和魏家堡站在率定期的P-factor也很小,表明在这2个站的实际不确定性较大.可能的原因是水库运行以及农业用水考虑的不足.总体上,渭河流域SWAT模型月径流模拟效果较好.

基于SUFI-2算法和SWAT模型的妫水河流域水文模拟及参数不确定性分析

敏感性分析和不确定性分析是分布式水文模型参数校准和模型应用的基础。本文以妫水河流域为例,基于SWAT模型和SUFI-2算法进行模型参数敏感性分析,结合手动调参和自动率定,通过SUFI-2的P因子和R因子进行模型不确定性分析,构建妫水河流域分布式水文模型。本次妫水河流域月尺度模拟中:率定期,确定系数R2=0.59,效率系数NSE=0.56;验证期,确定系数R2=0.82,效率系数NSE=0.80;P因子均大于0.5,R因子均小于0.5。结果表明,妫水河流域SWAT模型水文模拟效果较好。

SWAT模型及SUFI-2算法在秃尾河上游流域径流模拟中的应用

通过构建处于干旱和半干旱地区的秃尾河流域(上游)的水文、气象、土地利用土壤等数据库,利用基于分布式的SWAT模型对该流域的水文过程和产流机制进行模拟,并通过改进的SUFI-2算法对模型参数进行不确定分析、率定和验证,探讨SWAT模型在干旱和半干旱流域的适应性。采用1977—1983年的月径流实测数据进行模型率定,用1984—1989年的月径流数据进行模型验证。验证结果表明:该研究流域年径流相关系数(R2)和模型效应系数(Ens)均小于0.6(通常认为当模拟结果期望值大于0.6时,模型能比较准确地描述了研究流域的水文过程);月径流相关系数和模型效应系数超过或者接近0.6的水平;汛期(5—10月)模型径流相关系数和效应系数最高(超过或接近0.8)。研究表明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好地模拟研究流域的汛期径流,而对全年径流和枯水期的径流模拟不够理想。

基于SUFI-2算法的SWAT模型在陕西黑河流域径流模拟中的应用

参数率定及敏感性分析是用来提高模型精度,确定模型关键参数及改善模型结构的非常有效的方法。本文基于SUFI-2算法,通过SWAT模型对陕西黑河流域进行了模拟,同时基于SUFI-2算法对模型参数进行了敏感性分析,结果表明:(1)影响黑河流域径流模拟结果精度的主影响因子是scs径流曲线参数;(2)用2005年到2011年的实测径流资料对模型进行了率定与验证,模拟确定性系数R2和模型效率系数ENS均高于0.8;(3)通过SUFI-2算法与SCE-UA算法比较,发现SUFI-2算法所需时间短,精度更高。

基于SWAT模型和SUFI-2算法的黄柏河东支流域径流模拟研究

黄柏河东支流域是宜昌市重要的水源地,该流域的高精度径流模拟对于流域水资源高效管理具有重要意义。以黄柏河东支流域为研究对象构建SWAT分布式水文模型,采用SWAT-CUP软件中的SUFI-2算法进行参数敏感性分析、参数率定、模型验证和不确定性分析,模拟2008-2016年的月径流过程。研究结果表明,选取的19个参数对于模拟的径流过程均有不同程度的影响,其中CN2、ESCO、SOL_K最为敏感。玄庙观、天福庙、西北口和尚家河站的月径流模拟过程与实测过程线吻合程度较高,在率定期和验证期所有站点的纳什系数NSE、均方根误差与标准差比值RSR、百分比偏差PBIAS均在误差范围内。不确定性分析表明,所有站点的P-factor均大于0.6,R-factor均小于1,大部分观测值落在95PPU内,说明模拟的不确定性较小。总之,所构建的SWAT模型在黄柏河东支流域具有较好的适用性,模型模拟精度高,不确定性小,能准确地模拟流域的径流过程。

基于SWAT模型和SUFI-2算法的碧流河流域径流模拟

以碧流河流域为研究对象,基于1978年～2011年碧流河水文站资料,利用SWAT模型模拟该流域径流,利用SUFI-2算法依据精度评价指标(PBIAS、E_(ns)和R^2)以及不确定性评价指标(P-factor、R-factor)进行评价分析。结果显示,按敏感性降序排列参数为CN_2、SOL_AWS、GW_REVAP、GW_REVAP、GWQM等;率定/验证期R^2=0. 92/0. 91,E_(ns)=0. 91/0. 90,PBIAS <5%,P-factor=0. 88/0. 91,R-factor=0. 61/0. 61。该流域利用自动率定获得敏感性排序,且在不确定性综合较小情况下,除径流极值模拟不太理想(比实际值偏小)外,流量过程模拟良好。

Contribution of Agro-Hydrological Modeling in the Evaluation of Water Availability of an Ungauged Basin Reservoir in Côte d’Ivoire: Case of the Loka Reservoir in Bouaké

The city of Bouaké, the second biggest city of Côte d’Ivoire, experienced a water shortage in 2018 that lasted four months due to the drying up of the Loka reservoir, which supplies two-thirds of the city. The challenge of the Loka reservoir is that it is located in an ungauged basin where very few hydrological studies have been carried out, despite the recurrent problems of access to drinking water. In the purpose to better understand the phenomena that caused this temporary drying of the dam, the methodology implemented was based on agro-hydrological modeling with SWAT using a regionalization technique of a nearby watershed. The model performance was assessed using three statistical indices (the Nash-Sutcliffe coefficient (NS), the coefficient of determination (R2) and the percentage of bias (PBIAS)) and the visual appreciation of hydrographs for monthly series. The statistical indices appear satisfactory with a NS and R2 ≥ 0.6 both for calibration and validation, and a PBIAS of -11.2 and -3.8 respectively for calibration and validation. The hydrological modeling of Loka basin has shown the impact of climate change already reported by some authors as well as anthropization. Thus, while the reservoir records a decrease in its water volume estimated at 384,604 m3 each year, the water demand undergoes an increase of 122,033 m3 per year.

流量数据量对分布式水文模型参数率定结果的影响分析--以黑河流域上游为例

缺资料流域水文模型的参数率定是水文学科的一个研究重点.除传统的参数区域化方法以外,考虑到在部分缺资料流域可能存在少量短时间序列或零星不连续径流量观测数据的实际情况,近年来采用少量不连续径流量观测数据率定模型参数的方法逐渐引起关注.本研究以我国西北内陆的黑河流域上游为研究区域,选取分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)为研究工具,使用SUFI-2方法作为参数自动率定与不确定性分析工具,分析不同径流量观测数据数量对模型参数率定结果的影响.研究结果显示,4组不同径流量数据在验证期的Nash效率系数均为0.67,表明使用1年的径流量数据进行参数率定时所获得的模拟效果可以达到使用多年径流数据率定参数的水平;比较各组模拟结果获得的P因子和R因子,表明使用1年径流量数据进行模型率定的不确定性会更大.

Potential Impact of Climate Change on the Sediment Fluxes of a Watershed in West Africa: Cas of the Aghien Lagoon, Côte d’Ivoire

The semi-distributed SWAT (Soil and Water Assessment Tools) model was used in this study to model the sediment yield in the watershed of the Aghien lagoon with an area of 365 km2, located in the north of the district of Abidjan (South-East from C?te d’Ivoire). A sensitivity and uncertainty analysis, as well as calibration of the SWAT model, was conducted using the Sequential Uncertainty Adjustment Procedure (SUFI-2) which is one of the programs interfaced with SWAT in the SWAT-Cup package (SWAT-Calibration-Uncertainty Programs). Five parameters of the SWAT model were found to be more sensitive to sediment fluxes. These have been modified (calibration) sparingly in order to improve the reproduction of observed sediments data. Two measures were used to assess the uncertainty analysis of the model: P-factor and R-factor. The R2 and Nash-Sutcliffe (NS) coefficients of determination were used to assess the quality of the calibration. The P-factor obtained is 0.58 and the R-factor is 2.28. The NS and R2 coefficients in calibration over the period from June 2014 to January 2015 are 0.51 and 0.86 respectively. These values indicate correct consideration of uncertainties by the model and satisfactory calibration of the SWAT model for solid fluxes. Then, the model was used to simulate the sediment fluxes at the horizons 2040 (2035-2056), 2060 (2057-2078) and 2080 (2079-2100) in order to assess the impact of climate change on sediments in the watershed of the Aghien lagoon. The results indicate that sediment fluxes could increase in the future under the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios. With RCP 4.5, sediment fluxes would increase on average by 14.42%. They could increase by 17.95% on average under RCP 8.5.

图们江流域SWAT模型的构建及其参数敏感性分析

为科学评估与合理优化图们江流域水资源,以图们江流域(中国一侧)1995年~2019实测气象水文数据为基础,应用ArcGIS 10.2建立了SWAT水文模型,对流域2000年~2019年月径流过程进行模拟。基于SWAT-CUP中的SUFI-2算法对模型输入的参数进行敏感性分析和率定校准,并探讨了模型在图们江流域的适用性。结果表明,对所构建模型模拟效果影响最大的参数为CN2、ALPHA_BF、SLSUBBSN;率定期的确定系数R 2=0.88,效率系数NSE=0.74;验证期的确定系数R 2=0.83,效率系数NSE=0.66,两个时期的百分比偏差PBIAS<25%,均方根差与标准偏差的比值RSR均小于0.6。

基于SWAT模型的乌鲁木齐河流域径流模拟

为了更好地研究西北干旱区高山河流对气候变化的响应,在新疆乌鲁木齐河上游汇水区构建SWAT分布式水文模型,结合Sufi-2算法对模型进行参数率定、敏感性分析以及不确定性分析,对乌鲁木齐河英雄桥水文站以上2000-2011年日径流进行模拟。结果表明:(1)河岸调蓄的基流α因子、土壤饱和导水率、地下水的时间延迟、气温降水垂直变率以及相关融雪参数比较敏感。(2)模型模拟结果与观测流量过程线拟合程度较好,日值模拟结果 Ens>0.75,PBIAS介于±25%,R2达到0.8以上。(3)较高的P-factor及较低的R-factor显示模型不确定性较小。总体来说,SWAT模型在乌鲁木齐河上游区的适用性比较理想。

信江流域土地利用变化的径流响应研究

针对信江流域土地利用变化的径流响应,基于分布式水文模型(SWAT)及SUFI-2算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等时空数据并结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量研究。结果表明,率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,相关系数(R2)和纳什效率系数ENS均高于0.90、相对误差|Re|均小于2%,表明SWAT模型应用于该流域径流模拟的精度较高;在相同气候条件下,径流年内分配规律为2000年土地利用情景较1990年土地利用条件下月径流增加,年际分配规律为两期土地利用情景下的年际径流量变化趋势较为一致,2000年略大于1990年。

基于SWAT模型的三峡库区大宁河流域产流产沙模拟及土壤侵蚀研究

为研究三峡库区大宁河流域土壤侵蚀的状况和特点,应用SWAT模型对大宁河流域进行了产流产沙模拟,并基于SWATCUP工具中的SUFI-2方法对模型进行了参数敏感性分析、校正、验证和不确定性分析(2008—2010年为校正期,2011—2013年为验证期),进而分析了流域内土壤侵蚀状况和不同土地利用、土壤类型和坡度对土壤侵蚀的影响,并提出了土壤流失超标区域防治措施。结果表明:(1)校正后的SWAT模型在大宁河流域产流模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.89和0.75,r-factor值分别为0.75和0.69,R^2分别为0.92和0.91,NS分别为0.87和0.91;在产沙模拟中,校正期和验证期的p-factor值分别为0.90和0.95,r-factor值分别为1.04和1.05,R^2分别为0.77和0.75,NS分别为0.74和0.72。构建的SWAT模型适合大宁河流域产流产沙模拟和土壤侵蚀状况研究,且不确定性满足要求。(2)整个大宁河流域2008—2013年的平均侵蚀模数为468.88t/(km^2·a),总体土壤侵蚀强度属于微度,但在局部子流域(1,2,3,4,22)的土壤侵蚀强度属于轻度,超过了流域土壤流失容许量500t/(km^2·a),其面积占整个流域的37.44%。(3)导致轻度土壤侵蚀区域土壤流失超标的因子包括土地利用类型中的耕地和草地、土壤类型中的深色淋溶土和饱和黏磐土以及坡度>25°的耕地和草地,其中饱和黏磐土所占面积过多可能是导致轻度侵蚀区域土壤流失超标的最主要原因。建议在轻度土壤侵蚀区域,对饱和黏磐土、坡度>25°的耕地和草地进行一定比例的退耕还林和退草还林。

基于SWAT模型的径流还原方法研究—以大汶河流域为例

在现有下垫面条件下还原天然径流是水资源配置的重要基础性工作。利用SWAT分布式水文模型进行径流还原计算。以大汶河流域为例,选取流域内受人类活动影响较小、能大致反映流域天然径流情况的雪野水库、黄前水库以及东周水库所控制的3个子流域,采用SUFI-2方法进行模型参数率定、验证和不确定性分析;根据就近性与相似性原则,进行全流域参数展布,并通过Arc SWAT2012分析计算大汶河流域内泰安市各分区地表水资源量。结果表明:3个典型子流域的P-factor均大于0.64,Rfactor均小于0.72,率定期和验证期的相关性系数和纳什效率系数均高于0.77,径流模拟值和实测值拟合程度高。通过SWAT模型还原天然径流是可行的。

SWAT模型径流模拟的校正与不确定性分析

为比较SUFI-2和GLUE两种常用的SWAT模型校正与不确定性分析方法的优劣,以三峡库区大宁河流域为研究对象,应用Arc SWAT 2012对大宁河流域进行径流模拟,并分别基于SUFI-2和GLUE方法进行校正和不确定性分析,进而从模型模拟结果的不确定性、拟合效果、运算效率和参数不确定性分析等方面对SUFI-2和GLUE进行比较。结果表明:SUFI-2和GLUE都可以较好地应用于大宁河流域SWAT模型的校正和不确定性分析,但SUFI-2方法能通过较少的模拟次数获得更小的模拟不确定性带以及更佳的拟合效果,而GLUE方法在参数不确定性分析方面的表现更佳。对于SWAT模型径流模拟,建议用SUFI-2方法进行校正和模拟结果不确定性分析,用GLUE方法进行参数不确定性分析。

SWAT模型在淮河息县流域的参数敏感性及不确定性研究

在淮河息县流域利用LH-OAT法进行SWAT模型的参数敏感性分析,得到了该地区模型参数敏感性排位,并从中选出6个敏感参数进行人工率定,大大提高了参数率定效率。模拟结果率定期(1980-1990年)月径流系列NS系数达到0.80,验证期(1991-1995年)为0.75,模型模拟效果较好。利用SUFI-2法进行参数的不确定性分析后,率定期和验证期的NS系数分别达到0.84、0.81,进一步提高了模型模拟精度和应用效果。

盱江流域径流模拟及其对气候变化的响应

为研究盱江流域径流对气候变化的响应,构建了基于SWAT的分布式水文模型。采用SUFI-2法对SWAT模型的参数进行率定和验证。率定期和验证期的决定性系数R2和纳什系数Ens均大于0.9,模型在该流域的适用性较好。在SWAT-CUP中引入参数标识符建立49种气候情景(温度升高或降低1~3℃,降水增加或减少10%~30%)并代入模型中模拟径流。结果表明,温度与径流呈弱负相关;降水与径流呈强正相关;温度对径流的影响远小于降水对径流的影响。为直观表达降水-温度-径流量的关系,模拟三者空间平面关系函数,其决定性系数R2约等于1、和方差为0.0006474、均方根误差为0.003752,降水-温度-径流的关系可用平面函数表达。

煤炭开采对窟野河月径流扰动的模拟研究

为模拟窟野河流域1997年煤炭大规模开采后的径流变化情况,构建了窟野河流域1979—2009年的SWAT模型,采用SUFI-2算法进行参数率定,探讨了煤炭开采对径流的扰动情况。结果表明:煤炭开采对窟野河月径流有重要的扰动作用,其扰动的方式一是改变了流域水循环模式,二是改变了下垫面的坡度及植被覆盖程度;1979—1996年月径流模拟效果一般,1997—2009年月径流模拟效果较差,且2个时期模拟值的不确定性均较大,原因除了煤炭开采的影响外,主要是对农业引水及水土保持拦蓄工程考虑不足、模型存在异参同效现象、降水数据较少。