Page 67 - 《高原气象》2025年第6期

6 期 张 璇等：基于SWAT+模型的黑河上游山区水文要素变化模拟与预测 1475
2. 2 数据来源 （ 表 1）， 选 取 SSP1-2. 6、 SSP2-4. 5、 SSP3-7. 0、
2. 2. 1 气象水文数据 SSP5-8. 5 四种共享社会经济路径（Shared Socioeco‐
本研究使用的气象观测数据为 1969 -2018 年 nomic Pathways， SSPs）情景下的最高温度、 最低温
日尺度 CN05. 1 再分析格点数据集（吴佳和高学杰， 度、 降水量数据。由于各模式的分辨率不一致， 使
2013； 罗映雪等， 2020）， 分辨率为 0. 25°×0. 25°， 用双线性插值法将各模式分辨率统一至 0. 25°×
包括降水量、 最高气温、 最低气温。水文数据为 0. 25°， 然后采用 RoMBC（Robust multivariate bias
莺落峡水文站 1979 -2018 年的月尺度径流观测 correction）（Mehrotra and Sharma， 2021）方法对模
数据。 式输出数据进行偏差校正， 该方法能够有效降低数
逐日气候预测数据来自第六次国际耦合模式 据的系统误差， 最后对 5 个全球气候模式采用集合
比较计划（CMIP6）， 从中选取 5 个 GCM 模式数据 平均法对流域内格点气象数据集合平均。

表1 CMIP6中5个GCMs模式基本信息
Table 1 Basic information about the five GCMs in CMIP6

CMIP6模式名称 研发机构 格点数 分辨率
ACCESS-CM2 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 192×144 1. 875°×1. 250°
ACCESS-ESM1-5 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 192×144 1. 875°×1. 250°
CNRM-CM6-1 法国国家气象研究中心 256×128 1. 406°×1. 406°
EC-Earth-Veg 欧洲EC-Earth联盟 512×256 0. 703°×0. 703°
MRI-ESM2-0 日本气象厅气象研究所 320×160 1. 125°×1. 125°

2. 2. 2 下垫面数据 天的地下水出流量（单位： mm）。
DEM 数据来自地理空间数据云平台（http： // SWAT+模型为 SWAT 模型的重构版本（Bieger
www. gscloud. cn/）， 空间分辨率为 90 m。土地利用 et al， 2017； Arnold et al， 1998）， 在流域离散化和配
数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心的 置方面比 SWAT 具有更大的灵活性。HRU、 含水
栅格数据， 经重分类后包括 6 种土地利用类型。土 层、 河道、 水库、 池塘以及点源和汇（入）水口是独
壤数据来源于世界土壤数据库（Harmonized World 立的空间对象， 其水文相互作用可以由模型使用者
Soil Database， HWSD）， 土壤数据重分类为 9 种土 定 义 ， 以 尽 可 能 准 确 地 刻 画 流 域 的 物 理 特 征 。
壤类型。其中土壤容重（SOL_BD）、 饱和导水率 SWAT+中 HRUs 的概念结构与 SWAT 中的 HRUs 不
（SOL_K）和田间持水量（SOL_AWC）等参数通过 同。虽然 HRU 依旧没有空间上的参考， 但 SWAT+
SPAW软件计算得到。 将 HRUs 定义为一个相邻的区域， 计算邻近地区的
2. 3 研究方法 径流和污染负荷。SWAT+模型中的通量可以在单
2. 3. 1 SWAT+模型 个子流域内从 HRU 路由到 HRU 或从通道路由到通
SWAT 模型是基于物理过程的流域尺度半分布 道， 而 SWAT 只允许从 HRU 路由到通道（Arnold
式水文模型， 已在许多国家应用于流域管理、 政策 and Fohrer， 2005； Abbas et al， 2024）， 水库、 池塘
制定和环境规划， 由美国农业部农业研究中心开发 和河道与周围景观和含水层的相互作用能力增强
和设计， 用于模拟水、 营养物和泥沙运移过程和通 （Bieger et al， 2017）。除此之外， SWAT+的主要贡
量的时空变化。SWAT 模型的基本计算单元为水文 献是将空间对象构建为独立的模块， 以方便模型维
响应单元（HRU）， 在 HRU 尺度进行水量平衡计算。 护和相应的开发。除模块化之外， SWAT+中增加了
水量平衡方程为： 含水层的新功能， 含水层与 HRU相连， 而相应的含
t 水层边界可以灵活定义， 而不必遵循模型中 HRU
SW t = SW 0 + ∑ ( P day - Q surf - E a - W seep - Q gw ) （1）
i = 1 的限制（Wu et al， 2020）。
式中： SW t 表示土壤在 t 时段末的含水量； t 为时段 2. 3. 2 SWAT+模型构建与评价
（单位： d）； SW 0 表示土壤初始含水量； P day 和 E a 分 基于 QGIS 软件， 应用 QSWAT+对黑河干流山
别表示第 i 天的降雨量及蒸散发量（单位： mm）； 区进行水文过程模拟。输入黑河上游山区 DEM，
Q surf 表示第 i 天的地表径流量（单位： mm）； W seep 为 集水面积阈值设置为模型默认值， 并以莺落峡水文
第 i 天流入包气带的水量（单位： mm）； Q gw 表示第 i 站作为流域出口划分河网， 将研究区划分为 9 个子