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基于SWAT-SUFI模型的黄土高原典型流域径流模拟及水资源管理系统的开发

作　者: 刘智勇
导　师: 张鑫
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 秃尾河 SWAT 模型径流模拟 WEBGIS 数字流域
分类号: P333
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

陕北地区地处黄土高原腹地，区域内矿场资源丰富，能源工业发达，但大规模的人类活动和对资源掠夺式的开采已经导致该地区河流断流、地下水位下降、水质恶化、土地沙化，生态环境恶化，进而影响区域水资源的供给。本文通过收集陕西榆林地区秃尾河流域（上游地区）土地利用类型、土壤、DEM等空间数据及该流域内1977-1989年气象和水文资料，以GIS软件为平台，采用SWAT 模型构建该流域DEM数据库、土壤类型数据库、土地利用类型数据库以及气象（包括温度、降雨、风速、空气湿度等）数据库。并采用该模型对秃尾河流域（上游）进行径流模拟，采用SWAT Error Checker软件对本研究的输入数据进行错误性检验，对数据进行检查和修正。利用SWAT_CUP软件中的SUFI-2算法对模型参数进行敏感性分、率定和验证，采用相关系数（R2）和Nash-Sutcliffe系数（Ens）作为模型适应性评价指标。研究结果表明：模型率定期（1977-1983年）年径流相关系数为0.53，模型效应系数为0.46；月径流相关系数为0.61，模型效应系数为0.60；汛期（5-10月）模型径流相关系数为0.83，效应系数为0.80。采用1984-1989年数据进行验证，验证结果为：年径流相关系数为0.59，模型效应系数为0.02；月径流相关系数为0.66，模型效应系数为0.52；汛期模型径流相关系数为0.84，效应系数0.79。研究说明通过改进的SWAT-SUFI模型能较好的模拟研究流域的汛期径流，而对全年径流的径流模拟不够理想，同时本研究也提出了SWAT模型在流域的局限性(特别是壤中流和地下水模块)，并提出改进的途径，为模型的开发者和科研工作者提供参考。该研究成果将为该流域水文学研究、水资源的合理规划和开发利用以及生态环境保护提供科学依据，并为黄土高原地区其他流域的治理和开发提供参考。基于富客户端(RIA)的WebGIS开发技术，本研究结合利用ArcGIS Server9.3+Silverlight4.0开发工具，采用C#和xmal语言，在Visual Studio2008(SP1)平台中开发了该流域的水资源管理系统，实现动态监测流域水文和气象信息，并与SWAT模型数据库进行无缝链接，同时整合地理信息系统的操作基本功能（包括地图操作功能、鹰眼、图层控制、绘制地图、手绘查询、高级查询工具、地址定位、视角转化等）以及空间分析功能(高程分析)。该系统能对水文及水资源数据进行实时监测、管理以及数据组织和维护、对信息进行查询、分析以及数据共享，此外，该系统具有较好的问题环境适应能力、方便的人机交互界面，能为行业管理人员提供决策支持。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章综述  10-16
  1.1 研究背景  10
  1.2 流域水文模型的研究进展  10-12
  1.3 SWAT 模型简介  12-13
  1.4 研究的目标及主要内容  13-14
  1.5 技术路线图  14-16
第二章研究区概况  16-18
  2.1 研究区域介绍  16-17
  2.2 研究区域数据来源  17-18
第三章研究理论和方法  18-24
  3.1 SWAT 模型基本原理  18-20
  3.2 水资源管理系统相关理论  20-24
    3.2.1 .NET Framework 技术  20-21
    3.2.2 RIA 及 Silverlight 技术概述  21-22
    3.2.3 REST 和 ArcGIS Server for Silverlgiht 介绍  22
    3.2.4 SQL Server 2005 及 ArcSDE 数据库介绍  22
    3.2.5 RIA Service 技术简介  22-24
第四章 SWAT 模型的构建及运行  24-42
  4.1 模型数据的处理及输入  24-31
    4.1.1 DEM 数据  24-25
    4.1.2 水文响应单元的划分  25
    4.1.3 土地利用空间数据  25-27
    4.1.4 土壤空间数据处理  27-30
    4.1.5 气象数据库的建立  30-31
  4.2 SWAT 模型运行  31-33
    4.2.1 模型文件的读取  31
    4.2.2 模拟方法的选择  31
    4.2.3 数据的检验  31-33
  4.3 基于 SWAT_CUP 的模型校验及验证  33-37
    4.3.1 SWAT_CUP 工具介绍  33
    4.3.2 SUFI-2 不确定性分析程序的概念基础  33-35
    4.3.3 SWAT-CUP 运行过程  35-36
    4.3.4 SUFI-2 参数敏感性分析  36-37
  4.4 模型适应性评价指标的选择  37-38
  4.5 SUFI-2 不确定性分析  38
  4.6 月和年径流的率定和验证  38-40
  4.7 汛期（5-10 月）径流的率定和验证  40-41
  4.8 本章小结  41-42
第五章水资源管理系统的开发  42-69
  5.1 开发背景、意义及系统需求分析  42-43
    5.1.1 水资源管理系统的开发背景、意义  42
    5.1.2 系统需求分析  42-43
    5.1.3 客户端运行环境要求  43
  5.2 系统体系架构设计  43
  5.3 数据库设计  43-45
    5.3.1 数据字典和数据组织  43-45
    5.3.2 空间数据的发布  45
  5.4 系统功能结构设计  45-46
  5.5 系统实现  46-68
    5.5.1 系统界面布局  46-47
    5.5.2 GIS 操作模块  47-50
    5.5.3 地图控件模块  50-52
    5.5.4 地图绘制模块  52-54
    5.5.5 数据监测模块  54-56
    5.5.6 SWAT 数据查询模块  56-58
    5.5.7 选择查询模块  58-64
    5.5.8 系统管理模块  64-65
    5.5.9 其他控件模块  65-68
  5.6 系统的特点及本章小结  68-69
第六章结论  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
作者简介  75

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