《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Propagation of meteorological drought to streamflow and baseflow droughts using an improved SWAT model
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研究人员采用改进的土壤和水评估工具（Soil and Water Assessment Tool, SWAT）模型结合Eckhardt数字滤波法与游程理论，模拟中国黄土高原泾河流域（Jing River Basin, JRB）与洮河流域（Tao River B
研究人员采用改进的土壤和水评估工具（Soil and Water Assessment Tool, SWAT）模型结合Eckhardt数字滤波法与游程理论，模拟中国黄土高原泾河流域（Jing River Basin, JRB）与洮河流域（Tao River Basin, TRB）的径流过程，分离基流并识别干旱事件。研究结果表明，气象干旱发生频率高于水文干旱，而水文干旱尤其是基流干旱具有更长的持续时间和更高的严重程度。从气象干旱到径流干旱的传播有效率和响应速度均高于到基流干旱的传播，显示径流对降水变化的响应更为敏感。流域对比发现，TRB中气象干旱向径流干旱的传播速度快于JRB，而向基流干旱的传播则较慢且时间模式不同。改进后的SWAT显著提升了径流模拟精度，为流域水资源管理提供了可靠基础。
研究背景与意义
在全球气候变化背景下，干旱成为影响生态环境和社会经济的重要自然灾害之一，尤其在半干旱与干旱地区表现更为严重。黄土高原作为中国典型的生态脆弱区，水土流失严重、水资源匮乏，其水文过程对气候波动极为敏感。当前，水文干旱研究多集中于径流干旱，而对基流干旱及其传播机制关注不足，且传统监测站点空间分布不均限制了流域尺度干旱特征的全面认知。此外，水文模型模拟的不确定性也影响了干旱传播分析的可靠性。因此，提升SWAT模型在该区域的适用性，并系统揭示气象干旱向径流与基流干旱的传播规律，对于区域抗旱减灾及水资源可持续管理具有重要意义。该研究成果发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。
关键技术方法
研究选取2003年至2020年泾河与洮河流域的气象、径流观测数据及MODIS遥感数据，改进SWAT模型的植被物候参数、初始截留比（λ）和曲线数（Curve Number, CN）以适配黄土高原复杂地形条件。通过SWAT-CUP进行参数敏感性分析与率定验证，采用纳什效率系数（Nash–Sutcliffe Efficiency, NSE）、Kling–Gupta效率系数（KGE）等指标评价模型性能。基流分离采用Eckhardt数字滤波法，干旱识别基于标准化降水指数（Standardized Precipitation Index, SPI）、标准化径流干旱指数（Standardized Streamflow Index, SSI）及标准化基流干旱指数（Standardized Baseflow Index, SBI），并结合游程理论提取干旱特征。干旱传播时间与强度通过皮尔逊相关分析法计算，并采用事件匹配法确定有效传播率（Propagation Rate, PR）。
研究结果
3.1 改进SWAT模型的径流模拟性能提升
在JRB与TRB两个流域，改进后的SWAT在校准期与验证期的NSE与KGE均显著提升，相对误差（Relative Error, RE）与均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）下降，表明模型在复杂地形条件下模拟径流的稳定性与准确性增强，且对基流过程的再现能力亦有所提高。
3.2 径流与基流的空间分布特征
多年平均径流与基流均呈现由上游至下游逐步增加的趋势，且受高程影响明显。TRB整体径流量与基流量高于JRB，反映了流域蓄水能力的差异。
3.3 气象与水文干旱特征
气象干旱在JRB频率高、持续时间短、强度中等；TRB则频率低但持续时间长、强度大。径流干旱与基流干旱的发生频率低于气象干旱，但持续时间与强度更高，其中基流干旱尤为显著，持续时间可达数月甚至超过一年。
3.4 流域尺度的干旱传播特征
气象干旱向径流干旱的传播时间（Propagation Time, PT）短于向基流干旱的传播时间，且前者有效传播率更高。JRB的传播时间空间差异较小，而TRB则表现出显著的地区异质性，上游传播时间长于中下游。
3.5 有效传播率
两个流域中，气象干旱向径流干旱的有效传播率普遍超过65%，而向基流干旱的传播率在上游较高、中下游较低，表明基流干旱受地下水补给与地形等多因素影响，空间差异显著。
讨论与结论
研究指出，气象干旱向基流干旱的传播滞后与减弱，主要源于基流受地下蓄水、补给与延迟响应的调控。TRB因蓄水能力强，传播时间更长；JRB地形陡峭，径流生成快，传播时间短。研究同时指出，土地利用变化与人类活动对干旱传播的影响尚未充分量化，未来应引入动态土地利用数据与多情景模拟以提升分析精度。
结论翻译
本研究整合改进的SWAT模型、Eckhardt数字滤波法与游程理论，系统分析了泾河与洮河流域气象干旱、径流干旱与基流干旱的特征及传播规律。结果表明，气象干旱发生频率高于水文干旱，而水文干旱尤其是基流干旱的持续时间与严重程度更高。在两个流域中，气象干旱向径流干旱的传播更快且更有效，而向基流干旱的传播则存在明显滞后。流域间差异显著，TRB中气象干旱向基流干旱的传播时间长于JRB，反映出流域水文特性在调节干旱演化中的重要作用。研究还指出，静态土地利用数据可能低估长期生态恢复工程对水文过程的影响，建议未来结合动态土地利用数据以提高干旱传播分析的可靠性。该研究为生态脆弱区的干旱监测与水资源管理提供了科学依据。
