临桂县会仙镇的情况

会仙镇位于临桂县西南部，紧邻永福县，距桂林市仅29公里。全镇辖16个村委，145个自然村，总面积175.4平方公里，其中镇区面积1.2平方公里。耕地面积73154亩，其中水田59452亩，旱地13702亩，5.4万人口，农村劳动力27549人，镇区人口1.1万人。境内交通发达，建有睦洞路、四益路、七里路等7条四级公路，国道良永公路、会南公路、桂梧高速公路贯穿镇区。镇内资源丰富，土地肥沃，物产富饶。会仙是个农业大镇，无公害蔬菜基地建设2004年通过自治区认证，大白菜、旧村板鸭、会仙香芋、西瓜、竹笋等主要农产品远近闻名，棉花的来料加工，更是名声远扬。锌、铁、重晶石、白云石等矿产资源，为投资者提供了多种选择。全镇境内奇山耸立，属典型的喀斯特地形、地貌，形成了许多让人流连忘返的旅游名胜：古桂柳运河历史悠久，底蕴深厚，传说众多，是个独具休闲特色的人文旅游景观；八仙湖水域宽广，如诗似画，好似江南水乡，让人陶醉其中；古仙洞上下六层，每层景观各异，内有落差10多米的瀑布，全洞景若龙宫，是寻胜探险的好去处；前国民党高级将领白崇禧故居，保护完好，到此可追忆前人，感受历史。?会仙镇小城镇2003年8月列入自治区重点小城镇建设项目，2004年获城镇建设用地批复。目前，占地面积160多亩的新城镇建设已进入主干道施工建设阶段；总投资250多万元的会仙自来水厂建设项目已经竣工，交通、水利等基础设施方面得到了较好地完善；企业项目建设取得了新的突破，实现了工业强镇的跨越式发展。目前已成功引进企业37家，引进资金近6亿元，其中已建成投产的企业有20家，在建企业17家，涉及行业有化工、印刷、包装、医药、食品、建材、电力电容器、橡塑制品、竹制品、农产品深加工等。会仙镇2005年完成农业总产值26239.5万元，工业总产值12299.5万元，固定资产投资34044万元，组织财政收入达293万元，农民人均纯收入3330元。 2006年，我镇完成农业总产值29950万元，同比增长14%；工业总产值34000万元，同比增长262.5%；工业增加值12920万元，同比增长261%；固定资产投资47700万元；完成财政收入650万元（其中：国税 350万元，地税220万元，非税收入80万元），同比增长118.9%，农民人均纯收入达3550元。

5.4.1 模型建立

SWAT模型运行过程中需要输入的数据量非常大，类型也很多。数据处理按照模型运行的条件，对搜集的数据资料进行分门别类的处理以满足模型运行据的要求，这一过程涉及相关软件和数学方法的运用。在理想的情况下，模型全部采用实测数据是模型运行的最佳选择，但从所搜集到的数据来看这一点很难实现。针对流域内缺少实测相关数据的状况，利用现有的数据，采用合理法计算出模型运行所需的数据，这就是基础数据处理要解决的关键问题。SWAT模型需要的输入数据可以分为土壤、气象等类型，其中每个类型又包括很多项参数。

5.4.1.1 气象数据处理

气象数据的处理是建立数据库前的重要内容，也是耗时较多的工作。由于桂林会仙岩溶湿地以前未引起有关单位重视，所以没有在湿地内设立水文站、气象站。所涉及的水文观测站是根据研究内容临时设定的，气象数据均来源于湿地北部的临桂站。通过对临桂站1961～1990年的数据统计月均值，得到临桂站月均气温、降水、蒸发的统计参数，见表5.13和表5.14。

表5.13 临桂县气象站各类气象数据统计表

表5.14 临桂县气象站气温月均数据统计表

SWAT模型运行过程中需要输入的数据量、数据类型都比较多，SWAT模型的气象模块可以为弥补数据不足问题，该模块通过输入己有的数据或天气生成模拟数据，来生成SWAT模型所需的气象数据。本次模拟选用数据一部分来源于临桂气象站的多年实测数据，一部分为由天气生成器生成的数据。

5.4.1.2 DEM 及子流域划分

DEM（数字高程模型）是确定流域边界、划分子流域和生成河网的基础数据。

会仙岩溶湿地生成DEM及获得流域信息的过程如下：

1）运用MapGIS软件绘制出会仙湿地流域1：10000数字地形图，然后导入ArcView GIS3.2软件，生成DEM模型，再将DEM模型导入SWAT2000中，SWAT2000会自动进行数字地形分析，对DEM数据进行预处理。

2）导入手工勾画的会仙岩溶湿地数字化流域边界线和河网栅格图像，用于校正由DEM生成的流域边界和河网。

3）设定子流域最小面积闲值，模型的自动提取工具将确定河段和子流域的拓扑关系，包括河段坡度、高程、上游集水面积及其他拓扑信息，最后完成流域的自动分割。

将会仙湿地整个流域划分为40个子流域。会仙岩溶湿地DEM见图5.34，子流域及河网生成见图5.35。

图5.34 会仙岩溶湿地数字高程模型

图5.35 会仙岩溶湿地子流域及河网划分

5.4.1.3 HRU 划分

为了反映流域内更多的空间变异性，反映不同土地利用和土壤类型对蒸发、产流、入渗等影响，子流域还要进行进一步划分，为此SWAT模型引入了水文响应单元（HRU）的概念。当一个子流域内有多个HRU时，对每个HRU分别进行陆地水文过程计算，然后在流域出口把子流域内所有HRU的产出进行相加，所得子流域的产出在河道中进行输移计算。

水文响应单元的划分先是在流域信息提取完后，将栅格土地利用图和土壤类型图输入到 Watershed View中，对两幅图进行再分类（reclassify），最后将再分类后的土地利用图和土壤图进行叠加（overlay）。

在实际应用中，需要设置一定的阈值，以消除子流域中较小比重的土地利用和特定土地利用类型中所包含的较小比重的土壤类型。这样可以控制水文响应单元的数量，减少次要因素的影响，提高模型运行的效率。采用多种水文响应单元法对子流域进行重新划分，土地利用面积阈值在模拟过程中取5%，土壤面积阈值的确定，在模拟过程中取10%。

5.4.1.4 土地利用

研究区的土地利用情况是通过对遥感数据（1997年）进行解译得到的。参照研究区已有的土地利用资料，将研究区的土地利用类型分为水体、水田、沼泽、林地、居民地、植被覆盖一般山体和植被覆盖较好山体七类。各类土地利用的分类如图5.36所示。

图5.36 会仙岩溶湿地土地利用图

5.4.1.5 土壤类型

SWAT模型中需要输入的土壤数据可以分为三类：空间分布数据、土壤物理属性数据和土壤化学属性数据。此次研究暂不考虑湿地流域水化学性质的变化情况，故可以对土壤化学数据不进行处理。下面主要分析前两种类型数据的获取：

本次对于研究区土壤的划分依据全国1：50万土壤库数据，以水稻土、沼泽土为主，其次红壤、石灰土，具体分布情况见图5.37。根据当地土壤的调查资料，分别得到各类土壤的粘粒、粉粒、砂粒、砾石含量，见表5.15。

图5.37 会仙岩溶湿地土壤类型图

表5.15 会仙湿地土壤类型比重表

SWAT模型需要各类土壤的水文、水传导属性作为输入值：每类土壤所属的水文单元组（soil hydrologic group）、植被根系深度值、土壤表面到各土壤层深度、土壤容重（moist bulk）、有效田间持水量（available water capacity）、饱和的导水率（saturated hydraulic conductivity）和每层土壤的粘粒、粉砂、砂砾、砾石含量等。

由于数据条件的限制，模型需要输入的土壤饱和水力传导率、土壤容重、有效田间持水量由Saxton开发的计算程序求得，程序界面见图5.38。将土壤中沙和粘土等组分的含量输入程序，就可以计算出相应的土壤物理属性。许多试验证实，该方法的计算值与实测值拟合关系很好。

5.4.2 模型率定

模型的参数率定过程是调整模型参数，使得模型的模拟结果与实测数据相匹配的过程。通过模型的率定调参可以提高模型的精确度，使模型更适合研究区的实际情况。应用模型的Calibration Set up工具综合所有数据信息，先进行单个参数的敏感性分析，再整合多个参数进行综合性分析。

图5.38 土壤参数计算程序界面

在模型校正过程中，对模型中影响水文循环的主要5个参数进行了率定，得到了适合会仙岩溶湿地的参数值。这些参数包括：径流曲线数（CN值）、土壤有效含水量、土壤蒸发补偿系数（ESCO）、地下水延迟天数、基流Alpha系数。

CN值是SCS产流模型中最重要的参数，它是流域内土地利用方式、土壤类型、耕作管理措施、水文条件、前期水分状况等因素的综合反映。理论上CN值取值范围在0～100之间，值越大表示产生径流的可能性越大；土壤蒸发补偿系数（ESCO）是模型调整不同土壤层间水分补偿运动的参数，该系数与产流量呈反比例关系。土壤有效含水量是指土壤中从田间持水量减去植物永久凋萎点的水分，该参数与产流量呈反比例关系；基流消退系数（ALPHA-BF）是通过输入2006年11月～2007年3月日流量数据，运用数字滤波法分割基流得到的。模型5个参数的具体描述见表5.16。

表5.16 SWAT模型参数调节

5.4.3 模型验证

经过参数率定后，就开始对模型进行校正（calibration）和验证（validation）。通常将使用的资料系列分为两部分，其中一部分用于校正模型，而另一部分则用于模型的验证。由于资料有限，选用2006年11月～2007年3月间5个月的实测径流量进行参数校正，再用2007年4月～2007年11月的实测径流量进行验证。模型校正后径流模拟值与实测值比较如图5.6；图5.8所示。

为验证模型的有效性，选用Nash-Sutcliffe效率系数（确定性系数）E、线性回归系数R2来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果。

根据数据获取的完整性，使用效率系数E来衡量模型模拟值与实测值之间的拟合度，其表达式为

岩溶地区地下水与环境的特殊性研究

式中：Q0为实测值；QP为模拟值；Qavg为实测平均值；n为实测数据个数。

当Q0=QP时，E=1，表示拟合度非常好；如果 E为负值，说明模型模拟值比实测值的可信度更低。

线性回归系数R2在EXCEL中应用线性回归法求得，可以进一步用于实测值与模拟值之间的数据吻合程度评价，R2=1表示非常吻合；当R2＜1时，其值越小，反映出数据吻合程度越低。

由图5.39～图5.42可以看出，校正后代表模拟值与实测值的两条曲线拟合程度较好，模型校正后观测点C2（古运河东支出口）的E=0.73，R2=0.90；观测点C4（睦洞河出口）的E=0.71，R2=0.89。校正结果表明，通过模型参数的调整，可以比较准确的模拟校证期的日径流量。可以认为，运用SWAT分布式水文模型模拟会仙岩溶湿地水文过程是可行的。

图5.39 观测点C2（古运河东支出口）模拟值与实测值拟合

图5.40 观测点C2（古运河东支出口）模拟流量与实测流量相关关系

图5.41 观测点C4（睦洞河出口）模拟值与实测值拟合

图5.42 观测点C4模拟流量与实测流量相关关系

5.4.4 模型应用

通过对SWAT模型参数的率定及径流结果的验证，得到了适用于研究区的模型参数。在此基础上，对会仙岩溶湿地水文过程进行了量化模拟，模拟输出结果（单位：mm）见图5.43。同时，对研究区水分的收入项、支出项及土壤蓄水量之间的数量转化关系进行了分析（表5.17）。

图5.43 会仙岩溶湿地水文过程模拟结果

表5.17 2006～2007年水量收支统计表（单位：mm）

由图5.43可以看出，在2006年11月～2007年11月期间，会仙岩溶湿地降水量为1500.60mm，入流量为300.12mm，蒸散发量为1106.55mm，植被截留量为8.25mm，入渗量为159.41mm，壤中流为10.21mm，总径流量为538.22mm，地下径流量仅为73.30mm。

由表5.17可以看出，在2006年11月～2007年11月期间，研究区的收入项主要为降雨量及区外入流量，支出项主要包括蒸散发量、地表径流量。其中，最大收入项是降水，占总收入项的83.2%；最大支出项是蒸散发，占总支出项的58.9%，其次为总径流量，占总支出项的28.7%，地下径流量最小，占总支出项的3.9%。研究期间，会仙岩溶湿地水量收支总体上出现了少量亏损，亏损量为3.46mm，这可能是2007年降雨量为1362.4mm，少于多年平均降雨量（1835.8mm），而蒸散发量没有相应将少所致。研究区水分亏损主要发生在2006年12月和2007年7～10月份，总亏损量达471.0mm，这是由于这几个月份降雨量减少，气温偏高所致。由表5.5可得，该期间降雨量为268.8mm，而蒸发量则达到了573.7mm。在其他月份，研究区水分收入大于支出，这是由于该期间正好为雨季，降雨量大，空气湿度大，而蒸发量较小所致。研究区的月水分收支差差别较大，说明了研究区水量平衡为一种动态的水量平衡。如要维持湿地水量平衡，加强湿地调蓄能力，应从减少湿地蒸散发量及出流量入手。

综上所述，会仙岩溶湿地的水文过程显然已经造成了其调蓄功能的减弱，如不及时控制这种趋势，湿地将会继续退化甚至消亡。为保护湿地水环境，防止其进一步退化，建议采取以下治理措施：

1）禁止在湿地周围及区内再建有害于湿地保护的工程，如排水渠之类。尤其是在核心区内已开垦的湿地要退耕还湿地，恢复湿地植被，防止水土流失，增加湿地蓄水能力；采取适当工程措施控制湿地出流量的暴涨暴落，使湿地水位维持在一个稳定的变化区间内。

2）建立会仙岩溶湿地水文监测系统，对其水质、水量实行动态监测，及时掌握湿地水体的水情变化情况，为全面掌握湿地生态系统提供科学决策依据。

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