【摘 要】
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水文模拟是探索水文过程和水循环规律的重要手段,水文模型作为水文模拟的一种手段,被众多学者广泛接受。但在西南喀斯特地区,水文站点数量少、分布不均,水文资料难以获取。探索利用卫星遥感数据驱动水文模型进行区域高时空分辨率下的径流模拟,对于准确描述区域降水的时空变化特征和精准模拟区域水文过程具有重要的现实意义。本研究以典型喀斯特流域——织金河小流域为研究对象,对喀斯特地区径流过程进行模拟预测。采用遥感降水
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会-贵州喀斯特科学研究中心项目“喀斯特地区重金属污染过程与防控机制研究”（U1612442）的第六课题“喀斯特地区重金属污染过程与防控体系构建”子课题“喀斯特地区重金属污染风险模型构建与评估”; 贵州大学博士基金,喀斯特地区非点源磷迁移转化与时空分布规律遥感解析,贵大人基合字（2017）78号
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水文模拟是探索水文过程和水循环规律的重要手段,水文模型作为水文模拟的一种手段,被众多学者广泛接受。但在西南喀斯特地区,水文站点数量少、分布不均,水文资料难以获取。探索利用卫星遥感数据驱动水文模型进行区域高时空分辨率下的径流模拟,对于准确描述区域降水的时空变化特征和精准模拟区域水文过程具有重要的现实意义。本研究以典型喀斯特流域——织金河小流域为研究对象,对喀斯特地区径流过程进行模拟预测。采用遥感降水数据作为径流模拟数据来源,拟提高流域径流模拟中降水数据的准确性和全面性;其次拟采用CMIP6模式未来情景数据对2021～2060年径流变化进行模拟,为系统性规划未来水资源分配、制定水资源保护措施提供科学依据。论文主要内容及取得成果如下:（1）将GPM＿IMERG卫星遥感降水数据作为数据来源。选取NDVI、LST和SLOPE为辅助变量,利用多因子地理加权回归模型对卫星降水数据降尺度处理,得到空间分辨率为1km的降水数据。利用雨量站实测降水数据对卫星降尺度降水数据进行精度分析,其R~2、MAE和RMSE平均为0.82、2.67mm和5.38mm,精度分析结果满足要求。说明GPM＿IMERG卫星降水数据对于研究流域具有适用性,在缺少雨量站点实测数据的前提下,一定程度上可使用GPM＿IMERG卫星降水数据代替地面站点降水数据进行相关研究与应用。（2）引入落水洞水文过程,改进SWAT模型含水层补给模块。通过刻画落水洞地貌下的产、汇流过程,将地下水补给过程从土壤剖面渗透的单一途径变为考虑落水洞渗透过程,将焦点集中于地表径流通过落水洞直接补给地下水,大大缩短了落水洞地貌下的地下水补给时间,考虑浅层和深层含水层补给过程的延迟时间对模型的影响,加强了模型在非松散均匀介质流域的应用。最后将落水洞水文过程通过Fortran语言编写代码,嵌入SWAT源代码中实现模型改进。（3）基于流域内基础地理数据、遥感降水数据和实测气象数据搭建织金河小流域SWAT模型并对模型改进前后径流模拟能力进行适用性评价。结果表明,在率定期（2013～2017年）改进前模型决定系数R~2为0.80,NSE为0.76,|Re|为14.50%,改进后模型决定系数R~2为0.83,NSE为0.78,|Re|为14.77%;在验证期（2018～2020年）内,改进前模型决定系数R~2为0.86,NSE为0.84,|Re|为12.83%,改进后模型决定系数R~2为0.94,NSE为0.83,|Re|为11.67%。改进后的SWAT模型在径流模拟时重点考虑了产、汇流过程对含水层补给方式的响应,说明在喀斯特地区落水洞地貌下的水文过程是不可忽略的。（4）评价和修正CMIP6模式未来情景下的气温和降水数据,并分析其未来趋势变化。结果表明未来气温和降水总体呈上升趋势。将气温和降水数据输入SWAT模型,预测研究区未来40年径流变化。结果表明,与基准期（2011-2020年）相比较,未来径流量呈增加趋势,5～7月的月均流量普遍低于基准期,8～12月的月均流量普遍高于基准期,1～4月的月均流量与基准期基本重合。结合径流增幅和径流总量对气温、降水的响应情况,说明较气温因素而言,降水因素是影响径流变化的重要原因。
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