侵蚀环境下植被恢复的水文效应分析——以江西兴国潋水流域为例

为探讨植被恢复的水文响应程度,选择江西兴国县潋水河流域为典型区,利用多年径流和泥沙观测数据,通过统计趋势分析和模型模拟手段,对潋水流域长期的水沙变化特征以及植被恢复前后的产水和产沙特征进行了分析。借助SWAT水文模型设置3种土地利用情景,分析径流量和产沙量对土地利用变化的响应程度。结果表明:1975—2015年来,土地利用的总体变化趋势是林地面积持续增加,耕地和未利用地面积明显减少;流域内多年平均径流量减少趋势不明显,但植被恢复后产沙量呈现显著下降趋势;植被恢复前后两个时段最大月径流量和产沙量均明显减少。3种情景年模拟的多年平均径流量变化率不超过1%,但对产沙量影响较大,尤其是情景年2015年比2002年的平均泥沙总量减少了57.6%,最大月产沙量比2002年情景年模拟值减少50%。潋水流域案例表明,以植被恢复为主要手段的小流域治理,在流域水土保持效用上成效显著,产沙量在2008年发生突变说明剧烈侵蚀环境下植被恢复工程真正发挥水土保持作用至少需要20年时间。     

土地利用变化对盘古河流域径流的影响

[目的]分析大兴安岭地区盘古河流域土地利用变化情况,研究流域径流对不同土地利用情景的响应,为合理规划土地利用提供依据。[方法]利用盘古河流域1987,2000和2011年3期土地利用数据和1988—2012年的水文气象资料,结合SWAT(soil and water assessment tool)模型,分析盘古河流域土地利用变化的径流响应。[结果]1987—2011年盘古河流域主要土地利用变化为裸地向林地、草地转化,林地面积增加,裸地面积减少;汛期径流量占年总径流量的比例随着林地的增加而减少;林地的增加使得多年平均年径流量、汛期径流量和最大月经流量均呈减少趋势。[结论]SWAT模型能够较好地模拟盘古河流域的月流量过程;流域径流随着林地面积的增加而减少。     

黄土高原吕二沟流域土地利用及降雨强度对径流泥沙影响初探

在对黄土高原吕二沟流域1982—2005年侵蚀产沙资料统计计算的基础上,从流域尺度上,以次降雨径流产沙为主要研究对象,分析该地区不同降雨强度及不同土地利用情况下降雨量—径流量、径流量—输沙量的相互关系特征,并模拟相应的数学表达式。结果表明：吕二沟流域同一土地利用情况下,场降雨量和场径流量之间存在指数函数相关关系,场径流量和场产沙量之间存在幂函数相关关系;相同降雨量条件下,同样的径流量,土地利用结构得到改善的土地利用模式3能有效地减少大降雨强度条件下的土壤侵蚀量,同样的径流量,降雨强度越大,场产沙量越大。从长远来看,改善流域土地利用结构,改变流域下垫面的情况,增加森林植被覆盖度是控制黄土高原水土流失的根本措施。     

湘中丘陵区典型小流域治理前期水土流失规律研究

通过对湘中丘陵区典型小流域———黄塘小流域治理前期的气象、实测水文资料的分析 ,研究了治理前期小流域内降水量年内分布对产流、产沙量的影响程度 ,降雨强度与产流量量、产沙量之间的关系 ,采用回归分析方法分析了治理前期两个试验区产流量与降雨量、产沙量与产流量之间的关系及其变化。结果表明 ,小流域径流量和土壤流失量随降雨量和降雨强度的增大而增加 ,治理前期产流量与降雨量、产沙量与径流量之间的关系为一元幂函数关系 ,且该关系受到植被覆盖度的影响 ,随着植被覆盖度的增加 ,产流量和产沙量逐年减少     

清港河流域土地利用变化对径流的影响

土地利用的变化对径流产生具有重要影响,以长江上游清港河流域为研究对象,应用SWAT分布式水文模型,结合1987年和2000年的土地利用影像资料,以及清港河流域1969—1987年的气候、水文资料,分析土地利用/覆被变化对清港河流域径流的影响。结果表明：2000年土地利用模式较1987年的土地利用模式减少了年径流量,使月径流分配上更为合理,减少了降雨量较大的6—9月丰水期的产流量,增加了10月至翌年5月枯水期的产流量;2种土地利用模式下的年产流量的差值与年降雨量的关系并不密切,而平均月产流量的差值,随着降雨量的增大而增大。说明2000年土地利用模式更有利于清港河流域生态环境的保护。     

阳坡小流域径流场产流产沙特征研究

根据2015-2017年4-10月间阳坡小流域径流场10个径流小区的监测资料,对降雨量与径流量、土壤流失量进行了相关分析。结果表明:降雨量对产流量影响显著,呈正相关关系,但降雨量对产沙量影响不显著;产流量与产沙量间存在极显著相关性,二者均随着产流次数的增加而增加;从不同土地利用方式看,产流量、产沙量均表现为裸地小区>农地小区>荒地小区>植物措施小区>工程+植物措施小区;土地利用方式和植被覆盖度与水土流失关系密切,水土保持措施削减径流和泥沙作用非常有效。     

模拟降雨条件下坡地径流泥沙特征研究

基于野外原位模拟降雨试验,研究桥子沟流域裸地、撂荒地、草地、林地4种土地利用类型的径流和泥沙流失分别对90,120mm/h两种雨强的响应特征。结果表明:雨强90,120mm/h条件下,4种土地利用类型中林地径流量最少,撂荒地产流量最大,约为林地径流量的7倍;产流量顺序为:撂荒地裸地草地林地;产沙量顺序为:裸地撂荒地草地林地;坡面累积径流量和累积产沙量随产流时间呈线性规律变化趋势,径流(产沙)系数表现为撂荒地裸地草地林地。坡面累积产沙量对累积径流量响应呈现幂函数变化规律,而且随着累积径流量增大,累积产沙量递增速率显著增大。     

不同土地利用情景下岩溶水文水资源的响应研究

以贵州省普定县后寨河流域为例,采用基于落水洞的岩溶半分布式水文模型模拟了不同水平年在不同土地利用情景假设下的流域年、月径流量变化。结果表明,极端土地利用情景下各水平年在极端水田和极端林地情景下年总径流量明显减少,而极端裸岩使年总径流量增加相对不是很明显;对于相同的降雨条件,3种极端土地利用情景下模拟得到的流域年总径流量大小排列顺序为：裸岩〉林地〉水田;年总径流量在流域优化空间情景假设下较现状模拟值将减少,这主要是因为林地面积增加,裸岩面积减少;在极端情景假设和空间优化配置情景下土地利用变化对径流量的影响主要发生在夏、秋季节,对冬、春季影响较小;而且流域的水文响应敏感度都表现为：枯水年〉平水年〉丰水年。     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

气候变化对开都河流域径流的影响研究

利用SWAT模型模拟开都河流域的径流变化,并采用1990—2009年的水文站点径流数据进行精度验证,然后设定气候变化情景,模拟不同气候条件下径流的响应特征。结果表明:模拟结果与实测径流较吻合,剔除异常年份（1994年、1995年）后,校准期（1990—2000年）效率系数为0.58,平均相对误差为-5.7%,线性拟合度为0.8;验证期（2000—2009年）的结果与校准期接近,均达到了模型的评价标准,说明SWAT模型在开都河流域的适用性较好。基于此,采用任意情景设置方法,设置了25种气候变化（气温和降水）组合情景,研究了该流域对气候变化的响应,结果表明,气候变化对径流量的影响较为显著,降水增加或气温降低均会导致径流量增加,流域未来年均径流变化的主要影响因素是降水,温度的影响相对较弱。     

基于SWAT模型的中尺度流域产流产沙模拟研究

以黄河下游小花间（小浪底-花园口）区域洛河卢氏水文站以上流域为研究区,在GIS技术支持下,应用分布式模型SWAT（Soil and Water Assessment Tool）进行了流域产流产沙模拟。采用卢氏水文站1992～1997连续6年的实测月均径流和泥沙数据对模型进行了校准:在模型校准过程采用自动数字滤波技术将径流总量划分为直接径流和基流,并分别对直接径流和基流进行了校准,以达到径流总量的拟合,在此基础上对流域泥沙负荷进行了校准;采用1998～1999连续2年的实测月均径流和泥沙数据对模型的适用性进     

基于SWAT模型的罗玉沟流域森林植被变化的水文生态响应研究

以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,应用分布式水文模型（SWAT）对该流域的径流、泥沙和水质状况进行模拟研究,并重点探讨了降雨和森林植被变化对水文生态响应的影响。结果表明:降雨因子对径流的影响略大于对泥沙的影响;森林植被具有明显的减水减沙生态水文功能,尤其对泥沙的影响更大于对径流的影响。     

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987—2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980—2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。     

伊洛河上游流域退耕还林还草对蓝水绿水分配的影响

土地利用变化对区域水循环具有重要影响,土地利用决策就是水资源决策,这一命题已经被诸多研究证实并被研究者和决策者所认识。本文以黄河流域中游的伊洛河上游流域为研究区域,应用分布式流域农业生态水文模型SWAT （Soil and Water Assessment Tool）,在我国退耕还林还草的生态恢复和重建的重大背景下,分别设置了6种不同的土地利用变化情景,基于蓝水和绿水的视角,研究土地利用/覆被对流域水循环的影响。本文对SWAT模型输出的月径流结果进行了率定和验证,证明该模型对研究流域水文循环的模拟达到了可接受水平的准确性与合理性。采用单因素方差分析和多重比较,分析基于不同水文年型下土地利用变化对各水文要素变化的影响。结果表明：1）2010-2015年多年平均降水资源总量为34.94亿m³,多年平均蓝水绿水资源总量为34.09亿m³,蓝水资源量占多年蓝水绿水资源总量的33.73%,绿水资源量占多年蓝水绿水资源总量的66.27%。2）不同情景退耕还林或还草,蓝水资源量均减少,绿水流均增加,绿水库均减少。在丰水年和平水年,退耕还林还草对蓝水资源量中地表径流分量影响较明显。该结论对于加深认识伊洛河上游流域土地利用/覆被和水资源的相互关系具有一定意义,为该区域高效合理利用水土资源提供了科学依据。     

基于子流域土地覆被变化的产流产沙效应模拟

应用分布式水文模型SWAT进行了晋江西溪流域1985和2001年两期土地覆被条件下的产流产沙模拟,分别从整个流域尺度和子流域尺度定量分析了不同土地覆被类型的水文效应。结果表明,土地覆被变化对于整个流域产流量影响不大,对产沙量影响显著。不同子流域的产流产沙变化分析结果表明,其他条件相同的情况下,林地相对于其他土地覆被类型具有明显的减水减沙作用,其次是园地,再者是耕地和草地。建设用地在各土地覆被类型中增水增沙作用最为显著。     

SWAT模型最佳子流域划分方案研究——以云南洱海流域为例

应用SWAT模型(Soil and Water Assessment Tool),以区域气候复杂的云南省洱海流域为例,研究不同子流域划分数量对径流和泥沙负荷模拟结果的影响,以明确洱海流域合理的子流域划分方案。结果表明,随着子流域划分数量的增加,年均径流深增加但敏感性较小,相对偏差仅0.89%;年均泥沙负荷减少而敏感性较大,相对偏差达21.21%。经综合权衡年均径流和泥沙负荷对子流域划分响应的敏感性,提出洱海流域合理的子流域划分临界值为137个,相应子流域平均面积占流域总面积的0.73%。在大于该临界值的划分水平下,模拟的年均径流深和泥沙负荷趋于稳定,但对进一步提高模拟精度无明显效果。研究结果对其它地形地貌复杂的流域水文模拟和非点源污染模拟具有重要借鉴意义。     

Distinct and combined impacts of climate and land use scenarios on water availability and sediment loads for a water supply reservoir in northern Morocco

The objective of this study was to examine the impacts of climate and land use changes on water availability and sediment loads for a water supply reservoir in northern Morocco using data-intensive simulation models in a data-scarce region. Impacts were assessed by comparing the simulated water and sediment entering the reservoir between the future period 2031–2050 and the 1983–2010 reference period. Three scenarios of land use change and two scenarios of climate change were developed in the Tleta watershed. Simulations under current and future conditions were performed using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The simulations showed that climate change will lead to a significant decrease in the annual water supply to the reservoir (−16.9% and −27.5%) and in the annual volume of sediment entering the reservoir (−7.4% and −12.6%), depending on the climate change scenarios tested. The three scenarios of land use change will lead to a moderate change in annual water inflow into the reservoir (between −6.7% and +6.2%), while causing a significant decrease in sediment entering the reservoir (−37% to −24%). The combined impacts of climate and land use changes will cause a reduction in annual water availability (−9.9% to −33.3%) and sediment supplies (−28.7% to −45.8%). As a result, the lifetime of the reservoir will be extended, but at the same time, the risk of water shortages will increase, especially from July to March. Therefore, alternative water resources must be considered.     

Augmenting freshwater availability in mountain headwater streams: Assessing the sustainability under baseline and future climate change scenarios

Mountain headwater streams are important freshwater sources, but they are mostly intermittent and highly susceptible to climate change. This paper examines the sustainability of augmented freshwater availability in mountain headwater streams for water supply under baseline and future climate change scenarios using an integrated modeling approach. The climate change data in the 2040s (2030–2059), under Representative Concentration Pathway 4.5 and 8.5 scenarios, were downscaled for the impact assessment. In the region, climate change raises the average precipitation by 5–7% and the temperature by 13–15% in the 2040s. SWAT–MODFLOW model, integrating Soil and Water Assessment Tool (SWAT2012) and finite-difference Modular Groundwater Flow (MODFLOW) models in a single package, was used to assess the water balance. Results show that extracting a minimum of 16.2 m³/day from the sand storage and 30 m³/day from the aquifer was possible without affecting the groundwater table and water yield. The average annual catchment recharge was 6% of the precipitation under the baseline simulation. Climate change is projected to reduce the average water yield and groundwater recharge by 26% and 19%, respectively. However, the water supply-demand is significantly small compared to the exploitable rate of water in the area. This study was based on limited data, and therefore the findings need to be interpreted with caution, though the model output was validated using satellite products. Construction of a series of sand dams is suggested to maximize the benefit under the potential climate change and water supply-demand increase.     

人类活动对韩江水沙径流变化的影响

选取位于韩江中下游交界处的潮安水文站作为控制站,从径流量和输沙量两个方面,开展人类活动对韩江水沙径流变化的影响研究。利用潮安水文站1954—2012年系列年径流量、年输沙量以及其上游地区的年降水量数据,T检验结果表明,两个时段的年降水量和年径流量并没有发生统计上显著的变化,而两个时段的年输沙量发生了统计上显著的变化,然后采用双累积曲线法进行进一步分析。分析结果表明,20世纪60年代,由于梅河上游五华河水土流失严重,使得韩江输沙量和径流量均有所增加。而自2006开始,潮安站输沙量明显减少,总减沙量达到3 215.19万t,年均减沙量为459.32万t,主要原因是其上游韩江干流上大型的东山水利枢纽工程的兴建,其次是上游水土保持减沙和水库拦沙。本文可为韩江流域水利工程建设、生态环境保护和水资源合理利用提供科学依据。