地形和土壤/土地利用空间聚合对径流和输沙量影响的AnnAGNPS模拟

为进一步揭示分布式水文模型子流域划分对径流和输沙量模拟的影响,以东南沿海桃溪流域为研究区,构建日尺度产流产沙的AnnAGNPS模型,基于9种不同临界源面积(critical source area,CSA),分析了不同子流域划分对输入参数空间聚合的影响,并设置7种组合情景,分别从年和日尺度,定量区分了地形与土壤/土地利用参数的空间聚合对产流产沙过程的影响。结果表明:1)随着CSA取值的增加,地形、土壤和土地利用类型在空间上存在明显的聚合。2)土壤/土地利用参数空间聚合导致年平均径流量和输沙量减少,且对输沙量影响更显著;地形参数的空间聚合导致年输沙量减少,但对年平均径流量无显著影响。3)地形参数的空间聚合造成的洪峰流量增加、峰现时间提前,是影响日径流过程变化的主要因素。4)土壤/土地利用参数的空间聚合对多年平均最大1 d、连续最大5 d输沙量的影响随着聚合程度的增加而显著下降,而地形参数的空间聚合造成日输沙过程峰值的出现时间提前。     

SWAT模型土壤空间离散化对径流和输沙模拟结果的影响

以东江源为研究区,采用SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型,通过设置11种子流域划分方案,并保持土地利用和地形2个要素不变,以定量分析子流域划分引起的土壤离散化对产流产沙过程的影响。结果表明：（1）随着子流域数量的增加,土壤类型空间离散化趋势越明显,其中面积最大的泥红壤面积显著减少（P<0.05）,面积第2和第3的渗育质水稻土和黄壤显著增加（P<0.05）,面积最小的石质土在子流域数量少（11~267个）时该地类被概化完全消失,子流域数量增加到524个后,该地类面积呈增加趋势（P<0.05）。（2）土壤空间离散化导致年均径流量（1.32%）和输沙量减少（P<0.05）,且对输沙量影响更显著（18.07%,P<0.01）。（3）随着土壤离散程度增加,年平均最大1天、连续最大5天、连续最大7天输沙量均显著减少（16.64%,17.54%,17.34%,P<0.01）,而径流量变化不显著（0.59%,0.89%,0.83%,P>0.05）。（4）土壤空间离散化导致洪水过程输沙量峰值显著减少,而对洪峰径流量影响并不显著。子流域划分引起的土壤离散化主要通过土壤侵蚀因子K值变化而引起输沙量变化。研究结果将为分布式水文模型不确定性研究和提高模拟精度提供参考。     

流域离散化对分布式水文模型径流模拟的影响

以嫩江上游诺敏河古城子水文站以上集水区为研究对象,利用分布式水文模型SWAT (Soil and Water Assessment Tool),对研究区进行6种子流域划分,研究不同时间尺度上径流模拟随流域离散化水平的变化,以了解输入数据空间集总程度对分布式水文模拟的影响.结果表明,在年和月尺度上,不同子流域划分对径流模拟精度影响较小,但在日尺度上对径流模拟精度有影响;不同时间尺度上流域离散化水平对出口流量的影响均较小,但地表径流随子流域数量的增加而增大,相对误差达到35.4％;径流模拟结果对降水量较敏感,湿润年份模拟精度更高,而子流域划分对径流模拟结果的影响在干旱年份以及夏季汛期更显著;当流域离散化达到一定水平即最小集水面积阈值为流域总面积的2％时,增加子流域划分对径流模拟结果的影响较小,但减少子流域划分则会导致模拟结果不稳定,且难以满足流域空间格局分析的要求.     

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。     

基于SWAT模型的衢江流域土地利用变化径流模拟研究

以衢江流域作为研究对象,收集流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于ArcGIS 10.3平台建立了衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。结果表明:率定期和验证期模拟月径流与实测值的相关系数(R2)大于0.83,纳什系数(Ens)大于0.69,模型可以较好地模拟衢江流域径流过程。2000—2015年衢江流域土地利用类型均以林地和农地为主,二者约占流域总面积的98%,其他土地利用类型面积合计不足2%;研究时段内,建设用地面积大幅增加,其他土地利用类型变幅较小。2000年、2005年、2010年、2015年四期土地利用情景下月径流过程变化趋势基本一致,2015年径流量比2000年增加0.27%,水量平衡各分量在四期土地利用情景下差值为1.1～3.8mm。不同情景模拟分析发现,流域内草地面积较小,草地转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小,而农地全部转化为林地,地表径流比当前土地利用模式减少15.0%,同时深层水分渗漏增加5.7%。因此,2000—2015年土地利用方式的微小变化不会显著影响衢江流域径流和水量平衡,研究区林地面积持续增加,将进一步减少地表径流,增加深层水分渗漏,补给地下水。     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于SWAT模型的长江源土地利用/土地覆被情景变化对径流影响研究

土地利用/土地覆被变化对流域水资源循环过程及配置影响显著。为了研究土地利用/土地覆被情景变化对径流影响情况,以长江源流域为例,构建了适合该流域的分布式水文模型(SWAT),并模拟了不同土地利用/土地覆被情景下的流域年均径流量和径流深。模拟结果如下:当流域林地和草地面积增加到最大,径流量减少了16.7%,达到304.12m3/s,径流深减少14.02mm;当林地和草地面积减少,并逐步变为沙地、裸地,流域径流量增加16.1%,达到424.32m3/s,径流深也增加了13.49mm;当林地和草地面积减少到无植被覆盖,将使流域径流量增加28.4%,达到469.67m3/s,径流深增加23.88mm;在草地覆被最佳状况下,径流量有所增加,但增加幅度不大,只有5.6%,达到385.98m3/s,径流深增加4.72mm。综上所述,长江源流域林地和草地面积增加,导致径流减少,而沙地和裸地面积增加导致径流量增加。     

钦江流域土地利用/覆被变化对径流产沙的影响

以钦江流域为研究对象,在GIS软件的支持下,构建研究区SWAT分布式水文模型,以径流和泥沙实测数据对模型进行校准和验证,结果显示相关系数R2高于0.9,Nash-Sutcliffe系数高于0.8,模型模拟精度较高。在固定天气因子等不变的情况下,基于1990、2008年两期土地利用数据,模拟研究区1968—2008年径流产沙过程,并分析土地利用/覆被变化对水文效应的影响,结果表明:1990—2008年土地利用变化主要表现为林地、水田面积减少,旱地、草地、水域和建设用地面积增加;与1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下径流和输沙总量均增加,土地利用变化对产流影响较小,对产沙影响较显著;由土地利用变化引起的月均径流产沙变化量为汛期增幅大于非汛期;土地利用变化对枯水年径流产沙过程影响最大,平水年次之,丰水年影响最小。     

1980—2020年渭河中上游流域土地利用演变及其对径流的影响

[目的] 研究渭河中上游流域不同土地利用情景下径流的响应规律,为渭河中上游流域的发展规划及水资源管理提供科学支撑。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,分析流域40 a的土地利用变化特征,并结合SWAT模型,设置5种历史土地利用情景、两种综合土地利用情景和3种极端土地利用情景,探究径流在不同土地利用情境下的响应。[结果] ①流域40 a间耕地、水域及未利用土地面积逐渐减小,林地、草地和居民用地面积逐渐增加。②1980—2020年共5个时期模拟年均径流深分别为72.24,72.27,72.31,71.86,72.25 mm,退耕还林、退耕还草、耕地型、林地型及草地型模拟年均径流深分别为68.59,69.70,72.60,64.81,66.82 mm。[结论] 40 a间土地利用类型的变化对渭河中上游流域径流的影响小于10%;退耕还林、退耕还草对径流主要起抑制作用。在3个极端土地利用情境下径流大小为：耕地型＞草地型＞林地型,且耕地型与林地型、草地型情境下的差异明显。     

晋江西溪流域土地利用变化的输沙响应

[目的]对晋江西溪流域不同子流域的产沙情况进行模拟与分析,并模拟单一土地利用类型对输沙量的影响,为晋江流域水资源质量改善提供科学支撑。[方法]构建流域月产沙的HSPF(hydrological simulation program in fortran)模型,分析实际情况下的产沙情况,模拟园地、耕地和林地3种不同极端土地利用情景对流域输沙量的影响。[结果]①月泥沙的相关系数(R~2)、Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)、相对误差(R_e)在率定期分别为0.849,0.789和-5.720%,在验证期分别为0.836,0.837和10.790%,模型具有较高的精度;②年平均产沙量较高的地区主要分布在园地和耕地比例相对较高区域;③从年尺度上看,园地、耕地和林地情景的输沙量与基期相比变化情况分别为23.56%,20.39%和-17.42%。从月尺度上看,所有情景在丰水期的输沙量都大于枯水期,其中5月和7月3种土地利用情景的输沙量表现为:耕地园地林地,6月和8月3种土地利用情景的输沙量表现为:园地耕地林地;④山地茶果园不合理开发和坡耕地比重较大且没有采取合适的水土保持措施是园地和耕地情景年输沙量上升的主要原因,林地遭受破坏且林种结构不合理是林地情景降低输沙量有限的主要原因。[结论] HSPF模型在流域输沙量模拟中具有较高精度;研究区园地和耕地导致输沙量上升,林地可降低输沙量但降低幅度有限。     

土地利用变化对产流和产沙的影响分析

LUCC(土地利用覆盖变化)对径流的影响研究主要集中在对年径流量的影响,选用基于ArcviewGIS的SWAT模型,利用情景模拟来分析土地利用变化对产流量和产沙量的影响,并重点探讨森林对产流的影响。以黄河下游支流洛河上游卢氏水文站以上流域为研究区域,选取了1992～2000年24个雨量站的雨量资料和同期的气象资料,采用土壤类型图(1∶4000000)以及设定的不同土地利用情景,作为模型的输入,进行土地利用变化的产流量和产沙量的情景模拟。模拟表明:森林的存在增加了径流量,减少了产沙量;草地也能减少产沙量;农业用地的增加将会增加产沙量;平水年土地利用变化对产流量影响最小,降雨量的增大能弱化下垫面对产流量的影响。     

基于地形梯度的高原山地区土地利用格局时空特征——以贵州省盘县为例

地形因子在一定程度上制约着土地利用空间格局的形成及变化,高原山地区更为明显。该文选取贵州省盘县作为研究区,运用地学信息图谱理论、地形分布优势指数、地形位指数和土地利用综合程度指数分析了2000—2010年研究区土地利用在地形梯度上的空间分布和内在演变特征。结果表明:研究期间,盘县耕地大幅度减少,林地、草地、建设用地和水域大幅度增加,未利用地不甚明显.不同土地利用时空分布及其变化受地形因子的影响呈现一定的垂直分布特征。低级别区耕地优势位增强,水体优势位出现显著萎缩,中级别区林地和草地优势位基本保持稳定。高级别区林地和草地优势分布范围拉宽,建设用地和水体优势位出现退缩。土地利用图谱以稳定型和前期变化型为主,不同图谱变化类型均是不同级别区耕地向林地、草地及建设用地转化为主要特征。土地利用综合程度指数随地形级别区的增加呈现先下降后趋缓特征。高原山地区土地利用结构调整应充分统筹区域地形结构及土地利用格局垂直梯度特征,对不同土地利用类型优化布局进行因地制宜的安排与协调,实现区域土地资源在空间结构上的合理配置与可持续利用。     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

黄土高原沟壑区典型小流域土地利用变化对产水量的影响——以陕西省长武王东沟流域为例

对黄土高原沟壑区长武王东沟流域土地利用变化对产水量的研究结果表明，王东沟流域土地利用变化主要特点是农田、草地面积所占比重减少，而林果面积迅速增加。同样降雨类型1996年和2010年流域下垫面的产水量分别比1986年少产水5747m^3及5914m^3。产水量的减少使该流域汇入河流的水量减少，土壤蓄水量增加，有利于流域生态环境的持续发展。     

华北土石山区土地利用/土地覆被变化的水文响应研究——以张家口云州水库流域为例

以张家口云州水库流域为例研究华北土石山区土地利用/覆被变化的水文响应.收集研究区1968年、1980年和2000年遥感影像.采用MaptGIS解译得到不同时期的土地利用网,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据.并利用研究区逐日降水量和径流量数据,分析不同土地利用时期的水文响应.结果表明:华北土石山区土地利用变化对流域年径流具有显著影响.1981-2000年间植被条件较好的土地利用较1968-1980年间产流有所减少,多年平均径流系数下降了22.22%.在相同的降水条件下,根据不同土地利用降水与径流的拟合曲线进行预测,发现1981-2000年间土地利用产流比1968-1980年间减少了15%～3O%.不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响.植被条件好的时期产流能力明显下降.     

环京津贫困带土地利用变化的地形梯度效应分析

地形因素与土地利用变化的关系研究是土地利用/覆被变化研究的重要内容。该文以环京津贫困带为研究区,选取1985年、1995年、2000年和2010年Landsat TM影像为数据源,运用地学图谱分析法,从地形起伏度、坡度变率、坡向和地形位角度,系统分析了环京津贫困带土地利用变化的地形梯度特征,探讨了土地利用变化的地形梯度效应及其成因。结果表明:1)1985-2010年环京津贫困带土地利用类型分布呈现明显的层级性。耕地、水域和建设用地的优势分布区集中于低地形梯度区,草地优势分布区集中于中高、高地形梯度区,林地和未利用地优势分布区集中于高地形梯度区。2)研究区土地利用变化以稳定型图谱和反复变化型图谱为主,林地、耕地和草地是主要的土地利用类型,林地向耕地转换再又转换为林地是反复变化型图谱的主要类别。1985-2000年人地矛盾突出,土地利用变化以"林地-耕地"、"草地-耕地"和"未利用地-耕地"为主,耕地向较高地形梯度区扩展;2000年后社会经济发展和退耕还林政策的实施,土地利用变化以"耕地-建设用地"、"耕地-林地"和"草地-林地"为主,耕地在原优势地形位的优势度增大、草地和未利用地的优势分布区向更高级地形位集中,林地优势分布区向较低地形位扩张。3)土地利用变化地形梯度分布特征及分异效应是自然因素、社会经济因素和政策因素共同作用的结果,自然因素是基础,社会经济因素和政策因素是重要推动力。该文为研究区土地利用动态优化配置和生态环境建设提供了科学依据和决策支持。