论文摘要：SWAT模型在宝鸡峡灌区的改进及应用

近年来，随着社会经济的迅速发展，宝鸡峡灌区用水量剧增，加之区域降水量、渭河来水量锐减以及水资源管理的不尽完善，导致灌区水资源相当短缺，这不仅严重制约着灌区社会经济的可持续发展，而且对水资源安全、粮食安全和生态安全构成了严重威胁。
然而，目前灌区水资源管理手段还相当落后，以信息技术为标志的现代信息化管理基本处于空白。因此，面对半干旱地区大型灌区日益严重的水资源短缺问题，基于GIS和RS等先进技术，引入国际先进的SWAT模型，构建适合于灌区的SWAT模型，并将此应用到灌区水资源管理中，为灌区水资源的高效管理提供管理手段和技术支撑，具有重要的理论意义和现实意义。
本文以半干旱地区典型大型灌区——宝鸡峡灌区为例，选取灌区1980、1985、1990、1995、2000、2005、2010年的1:10万土地利用数据，1:50万土壤类型数据，1:5万DEM，灌区渠系以及逐日的气象和水文等数据为输入数据，对SWAT模型做了改进，并通过了参数校准和验证。修改后的SWAT模型符合SWAT的模拟要求。同时将SWAT模型嵌入宝鸡峡灌区信息化格网GIS系统。改进后的SWAT模型是开放式的，便于模型的修改和升级。
论文主要工作如下：
(1) 本文的研究区域是完全由人工渠系灌溉的半干旱平原灌区，灌区自然水体均分布在灌区边缘，灌溉只能靠人工沟、渠。针对这一特点，用人工渠系网络代替自然水系，结合土地利用、土壤类型、DEM、灌区农田系统数据按照SWAT空间离散化原则，经过叠加分析对灌区进行空间离散化，使模型在平原灌区模拟更科学，模拟结果更准确 。另外，宝鸡峡灌区以农田为主，农田系统的土质相对于非农田系统要疏松的多。因此，本文进一步将HRU分为农田和非农田两部分，农田部分直接计算渗漏，非农田部分先计算径流，然后计算渗漏、蒸散发等，提高了农田部分水分输移模拟的精度。
(2) 在SWAT模型中，植株实际蒸腾量是由潜在蒸散量与叶面积指数通过函数运算得出的。模型中默认的叶面积指数是针对美国作物的，不适合我国半干旱区的缺水平原灌区作物实际腾发量的计算。为此，本文对SWAT模型中的实际腾发量计算程序进行了修改，采用国内常用的作物系数法计算农作物实际腾发量，使SWAT模型在缺水灌区的应用更科学，模拟更准确。
(3) 传统SWAT模型的地下水模块中，用地下水水位来计算相关参数，没有涉及地下水埋深值。而在农田水利中有许多环节与地下水有关，地下水埋深值很大程度上影响着地表水和土壤水的流向。改进后的SWAT模型在计算时充分考虑了该问题，将与农田水利有关的地下水计算集成到模型中去，即在进行和地下水有关的计算时考虑到地下水储藏量，这样既能估算地下水藏量也能更准确计算地表蒸散。
(4) 模型本身的毛管上升水计算没有考虑毛管上升水对土壤和作物的影响，然而宝鸡峡灌区地处半干旱地区，土壤基本处于非饱和状态，这种考虑了毛管上升对土壤和作物影响的计算方法能较准确的反映毛管上升水对土壤水的补给，特别是对于宝鸡峡灌区这样的半干旱平原灌区显得更有意义。
(5) SWAT模型中的排水沟渗漏主要补给承压水，这种计算适合自然流域，对于全人工沟渠灌溉的灌区而言并不适合。而宝鸡峡灌区完全依靠人工沟渠输、排水，故考虑沟渠的渗漏损失非常有必要，而且宝鸡峡灌区地处黄土高原南部，地下水水位偏低，有限的地表径流很难通过潜水层补给承压水。本研究将渗漏补给顺序设定为土壤——潜水层，使模型更适合半干旱灌区的模拟要求。
论文主要结论如下：
(1) 采用宝鸡峡灌区2001-2005年的基础数据对改进后的SWAT模型进行了校准，校准后的SWAT模型的模拟精度满足模拟的基本要求(误差不超过实测值20%)。使用2006-2010年的基础数据进行了模型验证，结果显示模拟误差在15%以内，说明模型改进比较成功。
(2) 建立了宝鸡峡灌区格网GIS系统，参考美国科学家Ian Foster提出的网格计算的三个基本要求，对系统数据库做了详细的设计，严格执行国家关于基础数据的标准和规定。改变了以往数据标准不一致、数据制作不规范的情况，避免了由于数据不规范带来的系统运行困难。同时，在数据库中加入了开放式模型库，可以更准确的模拟计算灌区水资源状况。根据田间需求提供水量，避免了不必要的浪费。同时开放式的模型库便于模型的改进和新模型的集成与更新，降低了灌区管理成本和不必要的资源损失。

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