基于敏感性分析的SWAT水文参数优化方法比较研究

【摘要】SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）模型凭借其强大的水循环模拟能力在全世界范围内的应用已越来越广泛。它可以基于GIS平台建立的地形空间数据对流域汇水区进行自动划分，并形成水源地区域边界；结合模型输入的各种物理分布式文件，通过水文响应单元模拟研究区水文过程。这种分布式水文模型不仅对研究区实测资料依赖小，而且操作性强，对汇水区域划分的效率和质量也能够得以保证，尤其能够完成环境变化情景下的水文过程分析。长春作为典型的北方缺水性城市，新立城水库这个离长春最近的水源地的供水安全保障工作就显得尤为重要。本文建立了研究区月尺度的径流模拟SWAT模型，并检验了径流过程模拟的适用性和可靠性，并为新立城水库水资源保护提供了科学依据。本文以新立城水库汇水区为研究区，研究模型的结构组成和运行机理，分析了模型中与径流模拟相关的水文循环陆地产流阶段、汇流阶段和河道汇流演算阶段等3个阶段。通过收集研究区DEM高程图、土地利用/植物覆被图、土壤类型图以及逐日水文气象资料等信息，应用GIS技术进行空间数据处理并使用Matlab、pcpSWAT、dew02等软件创建了针对于研究区的土壤和气象数据库。并在此基础上运行SWAT模型，提取流域水系并确定了流域的汇流边界。通过对面积阈值6600ha的限制，将研究区划分为16个子流域。通过加载土地利用/植物覆被数据、土壤数据和气象数据，并设定土地利用和土壤类型的阈值分别为5%和10%，将研究区划分为93个HRUs。成功建立了新立城水库汇水区的SWAT基础数据模型。利用已建SWAT模型对研究区径流量进行以月为时间步长的模拟，并利用两种不同方法分别对模型进行敏感性分析以进行参数率定。采用伊通水文站2004—2008年的实测径流数据校正模型参数，2009-2010年实测径流数据对模型进行验证，然后分别对两种方法运行结果进行模型适用性指标评价。结果表明，利用SWAT自动校正模块在校核期和验证期的月径流量的判定系数R2分别为0.86和0.99；模型效率系数Ens分别为0.80和0.97；相对误差Re分别为20.0％和19.3％；利用SUFI-2算法在校核期和验证期的月径流量的判定系数R2分别为0.92和0.98；模型效率系数Ens分别为0.91和0.96；相对误差Re分别为6.0％和10.3％。两种方法对模型适用性评价的各项指标均满足研究要求，表明建立的SWAT模型可以应用于该流域。对比两种方法，无论从输出结果质量还是操作便捷程度及运行效率方面来看，SUFI-2算法明显好于模型自带模块。
【作者】田琳；
【导师】李鸿雁；
【作者基本信息】吉林大学，水文学及水资源，2014，硕士
【关键词】敏感性分析；参数优化；SWAT模型；新立城水库；

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