SWAT模型在呼伦湖流域中的应用探究

任波

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

SWAT模型在呼伦湖流域中的应用探究

任波

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

对呼伦湖流域的流域植被、土壤类型、流域气象与水文资料总结分析的基础上，运用SWAT模型对呼伦湖流域进行水文过程模拟，通过SWAT模型模拟不同放牧制度下的呼伦湖流域生态水文过程。研究表明，由于不合理的放牧制度，造成流域水生态环境严重危机，进而影响整个呼伦贝尔草原的生态环境。

SWAT模型；生态环境；呼伦湖流域

1 引言

水资源是维系生态平衡、实现经济社会可持续发展的重要资源。近年来，由于气候变化和人类活动的影响，导致极端天气频发、水环境污染加剧、季节性缺水等一系列水资源问题。目前，水资源短缺问题日益严重，已成为制约经济社会发展的重要因素，水资源的可持续利用成为我国经济社会发展的战略问题。为解决水资源问题，实现水资源的高效利用，选用并构建研究区域的水文模型成为水文水资源研究领域的焦点。

呼伦湖是我国五大淡水湖之一，也是内蒙古最大的湖泊，位于呼伦贝尔草原的核心地带，对整个呼伦贝尔草原的生态环境具有巨大影响。近年来，由于不合理的放牧、气候变化等，呼伦湖流域的生态环境遭到严重破坏，严重影响整个呼伦贝尔草原的生态环境。因此，构建呼伦湖流域不同放牧制度下的SWAT模型对该流域的生态环境保护具有重要作用。

2 SWAT模型

SWAT模型（Soiland Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）农业研究中心（ARS）JeffArnold博士开发的一种分布式水文模型。SWAT模型具有很强的物理基础，能够综合考虑天气、土壤、地形、植被、土地管理的作用，模拟具有不同土壤类型、不同土地利用方式和不同管理条件下的复杂大流域，并适用于资料缺乏的地区。

SWAT模型作为一个长时段的流域分布式水文模型，可以模拟和预测非点源污染、不同土地利用和覆盖方式、不同气候变化下的水文效应等水文过程，在国内外得到了广泛应用。

3 呼伦湖流域概况

3.1 流域地理形态

呼伦湖又称达赉湖，位于内蒙古自治区呼伦贝尔满洲里市、新巴尔虎左旗和新巴尔虎右旗之间，坐落于呼伦贝尔大草原中部。湖面呈不规则长方形，湖水面积约2 339 km2，平均水深5.7m。呼伦湖流域地形地貌复杂多样，除湖盆外，可划分为滨湖平原、冲积平原、高平原、河漫滩、沙地和低山丘陵6种类型。该流域植被覆盖率在70%以上，主要植被类型有草原植被、草甸植被、沙生植被和沼泽植被等，主要土壤类型有栗钙土、碱土、草甸土、沼泽土和砂土等。

3.2 流域气象

呼伦湖流域属中温型半干旱大陆性气候，春季干旱，夏季温凉短促，秋季降温急剧且霜冻较早，冬季严寒漫长。年平均降水量约262mm，且大多集中在6—9月，年蒸发量1 400~1 700mm，年平均风速4.0m/s，主要灾害性天气有大风、雷雨、暴风雪等。

3.3 流域水文

呼伦湖属典型的草原湖泊，随着经济社会发展和人类活动的影响，该流域的水资源数量变得越来越有限。呼伦湖的两条主要入湖河流为克鲁伦河和乌尔逊河。据调查，乌尔逊河已基本断流。克鲁伦河发源于蒙古人民共和国肯特山东麓，自西向东于新巴尔虎右旗进入我国，向东南流入呼伦湖，全长1 264 km，我国境内约206 km，我国境内流域面积3 167 km2（90%的流域面积及产流区位于蒙古国）。据达赉站（呼伦湖站）2010—2013年的水文实测数据可知，呼伦湖的年平均水位为90.724m。结合阿拉坦额莫勒水文站2010—2013年的水文实测数据，绘制呼伦湖平均流量、径流量、降水量及水面蒸发量变化趋势图，分别见图1和图2。

图1 年径流量和年平均流量趋势图

图2 降雨量和蒸发量趋势图

从图1和图2可以看出，呼伦湖年径流量、年平均流量及降雨量呈上升趋势，而蒸发量和湖面平均水位呈下降趋势，水位下降主要是由于入湖水量的不断减少造成的。年径流量和年降水量的增加可能是由于2010—2013年呼伦湖流域冬季降雪增加，造成年平均气温降低，从而导致蒸发量降低。

4 SWAT模型在呼伦湖流域中的应用

近年来，由于不合理的放牧制度，呼伦湖补给河流水量减少，导致呼伦湖流域水位下降、水面减小、草原植被退化等，使呼伦湖流域正面临巨大的生态危机。为解决这些水资源和生态问题，建立呼伦湖流域不同放牧制度下的SWAT模型十分必要。通过查阅相关文献，对比与呼伦湖类似的流域，确定SWAT模型在我国北方草原寒旱区的适用性和可靠性，同时可以在呼伦湖流域建立SWAT模型。选取代表性的部分草原流域，不同的放牧制度确定为以下3种放牧制度：不放牧，是牧民的休养草场，无牲畜；中度放牧，是牧民家庭承包的划区轮牧；重度放牧，是牲畜集中的一些公共草场，是自由放牧区。这三种放牧制度会通过影响草场牧草来改变土壤的理化性质，从而导致降雨径流的不同。

在SWAT模型建模过程中，需大量的基础数据，如数字高程模型（DEM）、土地利用类型（Landuse）、土壤空间分布图（Soil）及气象水文实测数据等。根据模型需要，对收集的基础数据进行整理。DEM数据来源于中国科学院国际科学数据服务平台90m分辨率原始高程数据，在ArcGIS 9.3中对该数据进行拼接、投影转换等预处理。SWAT模型中建议土地利用类型不超过10类，通过查阅大量资料，呼伦湖流域的土地利用类型有沼泽地、盐碱地、草地等7种类型，因此不需要进行土地利用再分类。呼伦湖流域附近有阿拉坦额莫勒、达赉湖、坤都冷、甘珠花4个水文站，除阿拉坦额莫勒水文站外，其他3个水文站均离研究区较近，综合考虑选择阿拉坦额莫勒、坤都冷和甘珠花3个水文站的实测数据作为模型模拟依据。气象数据选择满洲里市、新巴尔虎左旗和新巴尔虎右旗3个气象站的实测数据作为模拟依据。天气发生器与土壤数据库的构建采用庞靖鹏给出的方法，为模型的建立奠定了基础。因此，可建立三种放牧制度下的SWAT模型模拟呼伦湖流域的径流变化，同时也可建立模型模拟不同土地利用方式和气候变化下的径流特征。

通过建立不同放牧制度下呼伦湖流域的SWAT模型，不断进行参数率定和模型校准，最后得到率定期和验证期的相关系数R2和纳什系数Ens均达到0.5以上，确定模型在呼伦湖流域的适用性。模拟结果表明：在所有模拟的年份中，三种放牧制度下的径流量均小于日平均降水量的15%。不放牧、中度放牧和重度放牧下的地表径流分别为中度放牧＜重度放牧＜不放牧，说明不合理的放牧制度会影响地表径流，进而影响呼伦湖流域的生态环境。因此，合理的放牧制度对呼伦湖流域的生态环境保护具有重要作用。

5 结语

SWAT模型以其独特的功能被广泛应用于水文水资源领域，如水文数值模拟、径流模拟研究、非点源污染研究等。呼伦湖作为我国北方寒旱区典型的草原湖泊，应用SWAT模型模拟该流域水文过程，从而构建呼伦湖流域适用性分布式水文模型，对该模型在呼伦湖流域开展分布式生态水文过程模拟具有重要的参考价值。通过对呼伦湖流域基本资料的收集和整理，对长序列水文气象数据的分析，初步确定SWAT模型在呼伦湖流域径流模拟中的适用性和可靠性，为进一步开展生态水文过程模拟提供可靠的模型基础。

P641.69

B

1004-7042（2016）03-0025-02

任波（1981-），男，2008年毕业于内蒙古农业大学水文学及水资源专业，工程师。

2016-01-24；

2016-02-29