基于SWAT模型的区域蒸散发模拟及遥感验证-中国水利水电科学研究.PDF

第11卷 第3期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.11 No.3 2013年9月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research September，2013 文章编号：1672-3031（2013）03-0167-09 基于SWAT模型的区域蒸散发模拟及遥感验证 茌伟伟，刘 钰，刘玉龙，王 蕾 （中国水利水电科学研究院 水利研究所，北京 100048） 摘要：应用分布式水文模型进行灌区用水效率多尺度评价，可为灌区节水改造提供技术支持，本文运用SCE-UA 算法在大兴试验站对分布式水文模型（SWAT）中的夏玉米-冬小麦轮作作物参数进行率定，对SWAT模型中蒸散发 相关参数进行了敏感性分析，综合考虑农业灌溉措施和施肥措施，将模型模拟ET 与遥感监测值进行对比验证。 结果表明，SWAT模型模拟ET 与遥感监测ET 的确定性系数和Nash效率系数分别达到了0.91和0.90，模拟精度较 高；不同的土地利用形式下，蒸散发变化显著，平均误差为6.9%。利用遥感监测ET 数据有助于蒸散发的正确模 拟，从而有效地提高水文过程的模拟精度。 关键词：区域蒸散发；遥感ET ；SWAT模型；SCE-UA；作物生长 中图分类号：S161.4 文献标识码：A 1 研究背景 蒸散发（ET ）是水文循环的主要过程和水资源管理的关键因素，尤其是在干旱半干旱地区，它控 制着陆地表面的水分和能量通量的分配。传统测量ET 的方法主要集中于田间或者小区域尺度（波文 ［1］ 比、涡度相关和土壤水量平衡） ，主要因为陆地表面固有的异质性和水热运移过程的动态性，无法 进行大空间尺度的水热通量评价。 SWAT模型能够预测不同土壤类型、土地利用方式和管理条件对流域水文循环的影响，在国内外 ［2-5］ 有广泛的应用 。由于受观测技术和观测数据的限制，在针对华北地区构建的分布式水文模型中，大 ［6-8］ 部分以径流为目标变量进行率定模型 ；但在流域水平衡要素中径流所占比例相对流域蒸散发量极低， 仅以径流为目标变量开展率定过程存在极大的弊端。遥感能够提供不同时空尺度的流域信息用于估算区 ［9-11］ ［12］ 域ET ，利用遥感反演的ET 对模型模拟的ET 进行率定是比较新的研究方法。Gassman等 对SWAT ［13］ 模型相关研究全面回顾，只有少数文献将遥感与SWAT结合对区域ET 进行研究。Immerzeel等 基于 ［14］ 遥感ET 对SWAT模型模拟的ET 进行了率定。蔡锡填等 利用SWAT对漳卫南运河流域主要农业耕作 区的实际蒸散发进行了分布式模拟，并利用遥感反演数据进行了对比验证，二者具有很好的吻合度。 ［15］ 钱坤等 对不同土地利用类型下模型ET 值与遥感监测值进行了对比，平均相对误差为6.01%。 本研究首先以LAI和地上部生物量为目标变量对冬小麦和夏玉米作物参数进行率定。基于遥感 ET 数据进行敏感性分析，筛选出对ET 影响比较大的参数，同时进行灌溉制度设置，模拟2002— 2008年各月的实际ET ，并采用遥感监测值进行对比验证，特别对SWAT模型作物生长过程模拟和灌 溉影响水量平衡进行探讨，为SWAT在海河平原农作物耕作区的ET 模拟提供参考依据。 2 材料与方法 2.1 研究区概况 大兴区地处海河流域中北部，属典型的海河平原农作物耕作区。表层土壤以砂性 收稿日期：2013-03-11 基金项目：国家自然科学基金青年基金；国家科技支撑课题（2011BAD25B05-2） 作者简介：茌伟伟（1988-），男，