干旱灾害风险评价与应对探讨

本书的研究选取三道河子站、韩家营站、承德站、下板城站和滦县站（见图4.12和表4.5）还原月径流对滦河流域SWAT模型各参数进行率定。根据数据的完整性，选取1970—1990年为模型参数的率定期（1970—1972年为预热期）；1991—2000年作为模型参数的验证期。其中，率定期内选用1985年土地利用作为输入，验证期选用2000年土地利用作为输入。本书采用SWAT-CUP2012中SUFI-2优化算法与手动校准相结合的方式，对SCS径流曲线数、土壤蒸发补偿系数等7个主要参数进行率定，各参数及其取值见表4.6。

图4.11　滦河流域子流域划分

图4.12　水文站点及其集水区分布图

表4.5　模型率定和验证所选取水文站

表4.6　滦河流域SWAT模型参数率定结果

① 参数改变类型中，v指现有的参数值将被给定的值取代，r指将现有的参数值乘以（1+给定的值）

图4.13为三道河子站、韩家营站、承德站、下板城站和滦县站月还原径流模拟值与实际值的对比图。模型效果的评价选用线性回归方程相关系数（R2）、Nash-Sutcliffe效率系数（NSE）（Nash et al.，1970）和相对误差（RE）3个指标，具体计算公式如下：

式中：qobs（t）和qsim（t）分别为月径流的实测值和模拟值；分别为实测值的平均值和模拟值的平均值。

图4.13（一）　各水文站模拟月径流过程与观测径流过程(www.xing528.com)

图4.13（二）　各水文站模拟月径流过程与观测径流过程

当R2和NSE越接近于1时，模拟效果越优。当NSE≥0.75时，认为模型模拟效果较优；当0.36＜NSE＜0.75时，认为模型模拟效果基本满意；当NSE≤0.36时，则模型模拟效果较差（Motovilov et al.，1999）。

表4.7 为滦河流域径流模拟效果评价结果。从表中可以看出：率定期内，除三道河子站外，其他水文站R2和NSE均在0.8以上，滦县站模拟效果最优，R2和NSE超过0.9；验证期内，模型模拟效果有一定程度的降低，三道河子站和韩家营站模拟效果相对较差，NSE分别为0.68和0.61，承德站和下板城站R2和NSE均在0.7以上，滦县站R2和NSE在0.9以上。总体来看，本书中构建的滦河流域SWAT模型对月径流过程模拟得较好，尤其是在滦县站（控制面积占流域面积的98.6%）表现出较高的模拟精度，且各站的相对误差均不超过±10%，表明模型可用于下一步干旱等级及风险评价的研究。

SWAT模型的输出项中，地表径流、土壤水含量等要素是研究干旱等级及风险评价的重要指标之一，可为研究提供数据支撑。图4.14为1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值空间分布图。图4.15为1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值月过程。从图中可以看出，滦河流域地表径流量和土壤水含量均表现出“减—增—减”的变化过程，而在2000年以后，地表径流量和土壤水含量均处于一个相对较低的水平，相对于1980年以前分别减少了14.8%和23.3%。

表4.7　滦河流域径流模拟效果评价结果

图4.14（一）　1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值空间分布图

图4.14（二）　1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值空间分布图

图4.15（一）　1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值月过程

图4.15（二）　1990年7月滦河流域关键水循环要素模拟值月过程