基于SWAT模型的瑪納斯河流域平原區(qū)水循環(huán)模擬研究.pdf

1、瑪納斯河流域平原區(qū)是新疆重要的糧棉生產(chǎn)基地，也是國內(nèi)特大型灌區(qū)之一，隨著該地區(qū)大力發(fā)展農(nóng)業(yè)，灌溉面積逐年增加，不僅消耗了大量的山區(qū)引水，對地下水的使用量也大大增加，就使得該地區(qū)水資源出現(xiàn)失衡，并引發(fā)了各種生態(tài)環(huán)境問題，可以說水問題成為制約該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵因子。解決當(dāng)?shù)厮畣栴}的一個重要前提就是摸清變化條件下的水循環(huán)機(jī)理，分布式水文模型是一種有效的研究工具?；谧匀涣饔蜷_發(fā)的分布式水文模型SWAT2000經(jīng)過改進(jìn)后應(yīng)用于平原灌區(qū)，

2、能夠滿足灌區(qū)水循環(huán)模擬的要求。
　　本文依托中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目“新疆瑪納斯綠洲水鹽遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與演變趨勢預(yù)測研究(KZXC2-YW-BR-12)”，針對瑪納斯河流域平原區(qū)大面積使用膜下滴灌技術(shù)，從而極大的改變了流域內(nèi)農(nóng)田水分循環(huán)關(guān)系的實際，以該灌區(qū)為研究區(qū)域，通過構(gòu)建分布式水文模型(SWAT2000)，并對模型進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合野外調(diào)查和田間作物實測試驗，來定量模擬變化條件下的平原區(qū)（灌區(qū)）的水循環(huán)要素關(guān)系，探討不同人

3、類干擾情況下內(nèi)陸河流域平原區(qū)水循環(huán)的轉(zhuǎn)換機(jī)理及時空分布特征。研究結(jié)果對該地區(qū)水資源優(yōu)化配置與合理開發(fā)利用，具有重要的科學(xué)意義和參考價值。取得的主要成果如下：
　　(1)利用流域土地利用圖、土壤類型圖、流域界線圖、渠系分布圖，進(jìn)行研究區(qū)范圍界定、子流域的劃分、水文響應(yīng)單元(HRU)生成；利用ACCESS自帶的VBA語言編程實現(xiàn)SWAT2000模型輸入文件系統(tǒng)的生成；完全基于人工方法構(gòu)建了平原區(qū)分布式SWAT2000模型，以便于根據(jù)研

4、究目的對模型進(jìn)行功能模塊的增加或修改。
　　(2)根據(jù)研究區(qū)棉花膜下滴灌面積較大的現(xiàn)狀，利用棉花生育期不同地膜覆蓋度的實測蒸散量數(shù)據(jù)，提出了實際蒸散量修正因子來體現(xiàn)灌區(qū)尺度棉花膜下滴灌模擬功能。修正了模型土壤水平衡方程的潛水蒸發(fā)項、葉面積指數(shù)第二階段模擬方程，結(jié)果表明修正后的模型更符合研究區(qū)的水循環(huán)實際。
　　(3)對修正后的模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，得到該地區(qū)徑流、蒸發(fā)等參數(shù)敏感性等級及排序。于2009、2010年在石河子大

5、學(xué)試驗場地進(jìn)行了為期兩年的棉花滴灌試驗，利用田間小區(qū)實測LAI、Biomass、土體水分儲量數(shù)據(jù)進(jìn)行模型校驗，確定性系數(shù)R2達(dá)到0.7以上，納西效率系數(shù)也達(dá)到0.8以上，模擬精度符合要求。
　　(4)利用校準(zhǔn)后的模型模擬分析了灌區(qū)45年的水循環(huán)要素特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，45年灌區(qū)降水量呈上升趨勢，2000年以后上升趨勢最明顯，多年平均降水量僅有132.27mm。對灌區(qū)四個氣象站的潛在蒸散量進(jìn)行了三種計算方法的適用性比較，并進(jìn)行了各個氣象

6、因子對P-M公式計算結(jié)果的偏回歸影響分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)仫L(fēng)速對ET0的影響較大，其次為日照時數(shù)，氣溫對ET0的影響表現(xiàn)不明顯，而相對濕度對ET0幾乎沒有影響。
　　(5)對比分析了不同灌溉方式條件下灌區(qū)水循環(huán)要素的定量變化結(jié)果，大水漫灌條件下地表徑流量多年平均值為3.61mm，總徑流平均值為8.73mm，實際蒸散量多年平均值為628.3mm；膜下滴灌條件下地表徑流量和總徑流多年平均值分別為1.7mm和6.84mm，膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用大大

7、減少了實際蒸散量，生育期多年平均實際蒸散量為503.2mm，減小比例約為9％左右，整個流域棉花HRU實際蒸散量減小0.745p108m3。灌區(qū)滲漏量在作物播種前淋洗鹽分時發(fā)生，生育期無滲漏。
　　(6)對比分析了相同灌溉方式條件下，各子流域棉花種植比例下降而其他作物種植比例增加情況下，灌溉水量和實際蒸散量的變化情況，2005年作物種植比例條件下，灌溉水量在漫灌和滴灌條件下分別比2000年減小0.0598p108m3和0.14p10