基于SWAT模型的南渡江上游流域径流对气候变化的响应

为了评估未来气候变化对热带岛屿性森林流域径流的影响,以海南岛南渡江上游流域为例,构建本地化SWAT模型,基于CMIP6全球气候模式数据提取的气候变化信号,定量辨析了流域径流量对气候变化的响应。结果表明:(1)南渡江上游流域年平均径流量16.1 m³/s,旱季和雨季径流量分别占年径流量的17%,83%;(2)1961—2020年南渡江上游流域年平均径流减少趋势不显著,其中旱季径流增加4.6%,而雨季径流减少9.9%;(3)流域旱季径流增加量远低于雨季径流减少量致使年平均径流量减少,旱季径流增加由降水增多所致,雨季气温升高引起蒸发加剧是造成径流减少的关键;(4)在CMIP6计划的SSP119,SSP126,SSP434,SSP245,SSP460,SSP370和SSP585路径下,21世纪不同时期研究区径流变化主要受降水变化的影响,而21世纪后期气候变化加剧会引起研究区径流变化幅度加大。研究区径流对降水变化的敏感性高于气温,降水变化主导未来时期南渡江上游流域的径流量变化。     

滦河流域气候变化的水文响应研究

以滦河流域为研究区,基于未来气候变化研究成果建立了16种气候变化情景,结合SWAT分布式水文模型模拟了不同气候变化情景下的水文过程,对滦河流域气候变化的水文响应进行了分析。结果表明:SWAT模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;流域气温升高将会导致蒸发量增加、径流减少。在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,滦河流域径流量可能进一步衰减。在未来降水增加的情况下,流域年均地表径流增加趋势的空间差异显著,尤其是流域下游的迁西县等地增加幅度超过12mm,研究结果将为变化环境下滦河流域的水资源管理提供参考。     

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。     

土地利用和气候变化对流溪河水库流域径流的影响

[目的]探究径流对土地利用与土地覆被变化(LUCC)和气候变化的响应,为华南地区流溪河水库流域未来水资源的合理利用开发及社会经济可持续发展提供依据。[方法]通过构建分布式生态水文模型CHESS和设置情景模式,定量分析了土地利用和气候变化对径流的影响,同时结合CA-Markov模型,对流域未来径流变化进行了预测。[结果]CHESS模型在流溪河水库流域径流模拟中有很好的适用性,率定期的纳什系数(NS)为0.82,R²为0.91,验证期的NS为0.74,R²为0.86;土地利用变化方面,耕地转化为林地或草地会导致年均径流量减少,林地或草地转化为耕地会导致年均径流量的增大,耕地、林地、草地对径流形成的贡献能力为耕地>草地>林地;气候变化方面,年均径流量与降水量成正比,与温度成反比;2000—2020年,流域年均径流量逐渐增大,气候变化促进了径流的形成,土地利用变化抑制了径流的形成,且气候变化的影响占主要地位;未来预估情景下,2030年、2050年流域内建筑用地面积会增大,林地、草地面积会减小,耕地、水体面积变化不大,且在2040—2050...     

基于CMIP6的气候变化下资水流域径流响应研究

[目的]探究未来气候变化情景下资水流域的径流响应情况,为实现流域可持续发展、制定防洪抗旱决策提供科学支持。[方法]基于3个CMIP6全球气候模式,通过构建流域SDSM降尺度模型和SWAT水文模型,预估了SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下资水流域2030—2089年的气温与降水变化,并进一步探究流域径流对气候变化的响应。[结果]未来资水流域呈较显著暖湿化趋势,空间上流域全范围升温且以新宁、邵阳站附近增幅最大;降水增加区域主要集中在以冷水江为中心的中下游地区,减少区域位于洞口站以西。在此背景下,未来桃江站与邵阳站年均径流与流域降水的变化趋势基本一致,邵阳站以上的上游区域可利用水资源量减小的可能性较大。枯水期流域水资源将面临更加紧缺的风险,且汛期有提前的趋势,主汛期水资源分配的均匀程度将上升。[结论]在气候暖湿化的背景下,资水流域水资源管理将遭遇更严峻的挑战,应加强水资源保护和流域综合管理。     

闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究

通过构建适用于闽江流域的SWAT分布式水文模型,结合情景设置法,分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程,以定量分析土地利用变化对流域径流影响。结果表明：（1）经过参数率定的SWAT模型,率定期和验证期的评价指标R²>0.9,NSE>0.8,|PBIAS|<10%,符合模型径流模拟要求,在闽江流域具有良好的适用性;（2）相比闽江流域现状土地利用情景,耕地储备、建设开发情景下流域年均径流量分别增加12.41%,22.89%;植被恢复、分区调控情景下流域年均径流量减少4.09%,1.61%,林地和草地类型能有效减缓地表径流,减小径流年际变化量,而耕地、建设用地类型产流作用明显;（3）结合涵养指数值及丰、枯水期月均径流模拟结果分析,研究流域内林地和草地类型涵养水源、调节径流功能显著,耕地和建设用地类型径流调节能力较差,但前者水源涵养能力相对优于后者;（4）以闽西北区合理开发耕地,保护森林,闽东北区推广坡度工业为依据设置的分区调控情景,既能有效减缓与调节流域径流,又能保证区域粮食产量与促进经济发展,实现生态效益与经济效益统一,为闽江流域科学高效、可持续的土地利用规划提供参考。     

涪江流域径流对气候与土地利用的响应

为探究长江上游涪江流域地表径流对气候变化和土地利用变化的响应,采用Mann-Kendall趋势检验法和Sen斜率分析法综合分析1980-2015年间水文气象序列变化趋势;双累积曲线法和Pettitt突变检验法确定突变年份;利用土地利用转移矩阵分析流域土地利用变化;基于SWAT模型,构建气候和土地利用变化在单独和共同作用...     

土地利用和气候变化对四川省紫色丘陵区径流泥沙变化的影响研究

嘉陵江紫色丘陵区的土壤侵蚀是造成该流域下游水土流失严重的主要根源.选取四川省紫色丘陵区的李子溪流域为研究区,根据反映“长治”工程实施前后的1986,1999和2001年影像数据,应用GIS技术解译得到了该流域3个时期的土地利用图,并利用SWAT模型对这3个时期的土地利用情形进行了产流产沙模拟.在1986年土地利用图的基础上,假设了7种不同土地利用情景以及9种不同气候组合,以评价土地利用变化和不同气候条件对李子溪流域径流泥沙的影响.研究结果表明:(1) 1989年实施“长治”工程后,林地面积持续增加,水田、旱地面积持续减少,且林地增加的面积主要来自于水田和旱地;(2)林地覆盖率增加,耕地减少的土地利用变化对流域产流产沙量的减小影响显著,说明了“长治”工程实施后,以退耕还林和植树造林为主的理措施具有水土保持作用,且在大于25°的坡耕地上实施退耕还林措施对减少地表径流,拦截泥沙效果更显著.     

基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被变化的径流响应

为了探究热带岛屿性流域土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)的水文效应,以海南岛典型热带岛屿性流域南渡江流域为研究区,构建本地化SWAT模型,模拟流域水文过程及其对LUCC的响应,揭示流域径流的变化规律,对比不同土地利用类型的水文过程及调蓄能力,探讨了典型热带岛屿性流域LUCC的径流效应。结果表明:SWAT模型在南渡江流域的适用性良好,径流模拟对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较敏感。不同土地利用类型对流域的产流贡献顺序为耕地>其他林地>橡胶林地; 耕地产流能力最强,其他林地和橡胶林地具有一定的截流蓄水作用。综上所述,与1990年相比,2015年南渡江流域河流径流量减少,流域LUCC导致的地表径流减少是河流径流量减少的直接原因,而蒸散发加剧是地表径流减少的主要原因。     

基于流域单元的岷江上游泥石流危险性评价

泥石流的形成需要具备高陡的地形、充足的水源以及丰富而松散的固体物源三个基本条件,当山区小流域具备上述条件时,都有发生泥石流的可能。选取岷江上游区域作为研究区,以数字高程模型（DEM）作为基础数据,运用均值变点法和河网密度法结合遥感影像,实现研究区内小流域划分;针对影响泥石流形成的三个基本条件,以小流域作为评价单元,选取地层岩性、断裂密度、平均坡度、形状系数、沟道比降、24 h最大降雨量等六个评价指标,应用主成分分析法计算各因子的权重,实现岷江上游地区的泥石流危险性评价。分析结果表明,评价的结果能较好的反映出岷江上游的泥石流灾害分布情况,为该区泥石流灾害的防治提供了参考和依据。     

秦淮河流域径流过程对土地利用变化的响应

土地利用变化影响了流域产汇流机制,进而改变了流域洪水响应过程,成为流域径流演变的主要驱动因素,特别是城市化流域最为明显。为深入探究快速城市化背景下土地利用变化对流域径流的影响,该研究以南京市秦淮河流域为例,利用2005、2010、2015和2020年4期土地利用数据和2003—2020年18场小时尺度洪水过程,基于HEC-HMS(hydrologic engineering center-hydrologic modeling system)平台构建秦淮河流域水文模型系统,量化变化环境下降雨径流过程对土地利用变化的响应。结果表明:1)流域不透水面积增加了99.53%,而农田面积减少了6.57%,且增加的不透水面积主要来自农田转入,占比约96.42%;2)秦淮河流域洪水过程模拟结果显示HEC-HMS模型在秦淮河适用性较好,率定期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RMSE分别为-1.63%、-11.79%、0.854和159.73 m³/s,验证期洪峰流量相对误差、洪量相对误差、Nash-Sutcliffe系数和均方根误差RM...     

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。     

黄土高原吕二沟流域土地利用/覆被和气候变化对径流泥沙的影响

为了研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域生态水文的影响,以吕二沟流域为研究对象,采用非参数统计秩检验法的分析方法,根据研究区1982-2010年的气象数据,对其中的径流量和输沙量进行了突变点检验,分析了不同时期的径流量和输沙量的变化,以及不同时期土地利用和气候变化对流域径流泥沙的贡献。结果表明：（1）径流泥沙在非显著变化期内的减少量和幅度均小于其在显著变化期。（2）在非显著变化期内,径流的减少,气候因素的贡献率为40.98%,而土地利用的贡献率为59.01%,即流域土地利用变化是导致流域径流量减少的主要原因;人类活动使泥沙量减少1.38万t,而气候变化使泥沙量减少0.81万t。（3）在显著变化期内,径流的减少气候因素的贡献率为65.57%,而土地利用的贡献率为34.43%;人类活动使泥沙量减少4.80万t,而气候变化使泥沙量减少4.37万t。（4）在研究期内,人类活动对生态水文影响作用逐渐减小,而气候变化对其影响逐渐加剧。     

岷江上游径流枯水年时间序列的分形研究

分形是研究复杂自然现象的有力工具之一.本文在分形概念基础上介绍了分形在水文时间序列中的应用。利用多年径流的丰枯时间序列的分形特征,根据岷江上游多年径流丰枯变化的实测资料,对多年径流的丰枯变化长期趋势进行了预测分析,并给出了预测未来短期枯水/丰水年出现年份的方法。结果表明,利用R/S方法预测丰枯变化趋势预测是一条较为有效的途径。     

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。     

岷江上游流域植被覆盖度及其与地形因子的相关性

[目的]研究岷江上游流域植被覆盖度随不同高程带、坡度带、坡向分布变化的特征及相关性,为该地区利用有利地形加强生态环境建设和防治水土流失提供依据。[方法]在GIS和RS技术支持下,利用Landsat-8OLI遥感影像和DEM数据提取植被覆盖度和地形因子进行叠加分析,构建统计样本定量分析植被覆盖度与地形因子间的相关关系。[结果]研究区总体植被覆盖情况良好,中度以上植被覆盖区占研究区面积75.0%,低植被覆盖区仅占15.2%。植被覆盖度随海拔高度和坡度的增加呈先增加后降低的趋势,在海拔2 500~3 000m和坡度25°~45°达到最大值;阳坡的植被覆盖度略大于阴坡。各地形因子对不同植被覆盖度的影响程度不同,低植被覆盖区受坡度影响较显著,极高度植被覆盖区受海拔高度影响较显著,其他植被覆盖区与地形因子的相关性无明显规律。[结论]岷江上游流域植被覆盖度与地形因子关系紧密,地形因子变化对生态环境有重要影响。     

滦河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以滦河流域为研究区域,应用敏感性分析和双累积曲线法分析气候变化和人类活动对研究区径流变化的影响。结果表明:研究区流域径流存在明显的下降趋势,与基准期(1956—1979年)相比,变化期(1980—2013年)径流量减少了52.59mm(50.43%);滦河流域径流对降水的敏感性系数Q/P为0.336 1,对潜在蒸散发的敏感性系数Q/E_0为-0.123 5,气候变化影响量为22.23mm;滦河流域径流变化过程中,人类活动影响量为32.07mm,其贡献率为57.26%,远大于气候变化的影响39.69%,人类活动的影响是导致滦河流域径流减少的主要因素。     

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。     

1995-2016年三岔河上游土地利用变化对径流的影响

[目的]分析1995—2016年间黔中水利枢纽工程的水源区——三岔河上游流域降雨、径流以及土地利用变化情况,通过探讨土地利用变化对径流的影响,为预测未来流域水资源变化规律和黔中水利枢纽工程水资源的调配提供一定的参考依据。[方法]采用常规线性回归和结果模拟来分析降雨和径流的关系,利用土地利用动态变化指标和转移矩阵研究土地利用变化对径流的影响。[结果]20 a来三岔河上游降雨和径流总体呈波动下降的趋势,其演变过程划分为两个阶段：1995—2010年（第一阶段）降雨和径流呈持续下降趋势,2010—2016年（第二阶段）降雨和径流总体呈波动下降趋势,但径流下降幅度较大。1995年以来,流域土地利用结构变化比较明显。草地和林地面积增加5.33%和3.63%,耕地减少了6.92%,耕地向草地、林地和建设用地的转换构成土地利用变化的主导过程。除降雨影响外,土地利用变化是造成径流持续减少的主要原因。2010—2016年,草地和林地分别增加了19.93%和5.25%,耕地和未利用土地分别减少13.93%和87.97%,表明土地利用变化是造成径流大幅减少的主要原因。此外,黔中水利枢纽工程平寨水库的修建,在一定程度上对径流减少具有重要作用。[结论]三岔河上游土地利用变化与径流的变化联系紧密,土地利用变化的结果使径流量减少。