南水北調中線水源區(qū)堵河流域產(chǎn)流產(chǎn)沙對土地利用變化的響應.pdf

1、水土流失是全球化的重大環(huán)境問題。水土流失與水環(huán)境惡化、河道功能的破壞和洪澇災害的發(fā)生具有聯(lián)動效應，嚴重影響人類生存環(huán)境和生態(tài)安全。流域產(chǎn)流產(chǎn)沙是衡量水土流失的重要指標，受多種因素影響，包括氣候、地形、土壤、土地利用等，其中，氣候因素能夠在較長時間尺度上對流域水沙演變產(chǎn)生重要影響，而土地利用變化則是短期內人類活動影響水沙最直接的表現(xiàn)形式。研究流域產(chǎn)流產(chǎn)沙對土地利用變化的響應并定量分析其耦合關系，是當前環(huán)境背景下流域管理的基礎。為了實現(xiàn)水資

2、源的宏觀調配，我國啟動了南水北調中線工程，其水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，面臨潛在的水土流失、洪澇頻發(fā)等環(huán)境問題的困擾。本文以水源區(qū)典型流域——堵河流域為研究對象，在國內外水沙響應研究的基礎上，根據(jù)地形地貌、氣象水文、土地利用和土壤等數(shù)據(jù)，借助地理信息等技術手段并結合野外調查建立流域空間和屬性數(shù)據(jù)庫，選取Soil andWater Assessment Tools(SWAT)模型進行無資料區(qū)域水沙模擬，選擇雙參數(shù)對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)進行極端水文非

3、穩(wěn)定頻度分析，綜合采用偏最小二乘回歸等多元回歸工具量化了流域土地利用對產(chǎn)流產(chǎn)沙變化的相對貢獻。論文取得的主要成果有:
　　(1)以南水北調中線水源區(qū)堵河上游流域為研究對象，在子流域尺度上基于GIS平臺求得土地利用面積轉移矩陣和空間轉移圖并分析了土地利用空間變化特征，結果表明，1990年代林地的砍伐受到林分與道路和航道距離的影響，耕地和城鎮(zhèn)用地多沿河道增加，2000年代國家退耕還林政策實施后，部分坡度大于25°的耕地轉換為林地;與基

4、線期（1980年代）相比，耕作期（1990年代）子流域土地利用空間變異程度增加，而生態(tài)恢復期（2000年代）土地利用空間變異程度在此基礎上進一步增加，同時導致了土地利用格局的空間變化。
　　(2)以堵河上游流域卡口站——竹山站和內部的新洲水文站長時間逐日徑流數(shù)據(jù)為基礎，借助“Bflow.exe”數(shù)字濾波程序進行基流分割，將自動校準和手動校準相結合進行月尺度徑流和基流深度的SWAT模型校正和驗證，進而預測107個子流域基流深度，結果

5、表明，在流域尺度，堵河上游流域基流系數(shù)為0.358（竹山站）和0.364（新洲站），竹山站和新洲站在1980年代、1990年代、2000年代的月均基流深度分別為19.0和17.9、14.7和13.3、16.6和15.7mm，月間差異明顯;在子流域尺度，SWAT徑流和基流模型有較好的模擬效能，基線期（1980年代的土地利用）、耕作期（1990年代的土地利用）和生態(tài)恢復期(2000年代的土地利用)下的子流域月均基流深度分別為16.9、18.

6、4和15.9 mm，基線期基流深度空間變異程度最低，生態(tài)恢復期最高。
　　(3)結合偏最小二乘回歸在子流域尺度上量化土地利用對基流的相對重要性，結果表明，土地利用是基流變化的重要影響因素，林地、耕地和城鎮(zhèn)用地對基流的影響顯著且均呈現(xiàn)負相關關系，其中林地的相對貢獻最大，灌叢、草地和未利用地對基流的作用不顯著;對于林地被農田所取代的區(qū)域，蒸散量的強度和持續(xù)時間的降低導致基流增加，對于林地轉化為城鎮(zhèn)用地的區(qū)域，城鎮(zhèn)用地對基流的負面作用被

7、無貢獻的不透水表面所削弱，基流增加;耕地和城鎮(zhèn)用地對基流的相對重要性因季節(jié)而異，在夏季，耕地蒸散量較大，對基流產(chǎn)生的負面作用大于城鎮(zhèn)用地，在其他季節(jié)，耕地的作用小于城鎮(zhèn)用地。
　　(4)在SWAT月尺度徑流模型的基礎上校驗日尺度徑流，并獲取107個子流域逐日徑流數(shù)據(jù)，選用年最大徑流深度序列并借助雙參數(shù)對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)和極大似然估計進行非穩(wěn)定性極端徑流分析，在不同重現(xiàn)期下定量分析土地利用對極端徑流事件頻次的影響，結果表明，徑流極值分

8、位數(shù)分布規(guī)律在不同重現(xiàn)期下差異明顯，2年重現(xiàn)期下，徑流極值分位數(shù)從西南向東北部降低，在20年、100年和1000年重現(xiàn)期，較高的徑流極值分位數(shù)出現(xiàn)在西北和東南部;各個年代的極端徑流事件頻次在較小或較大重現(xiàn)期內呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，而較小和較大重現(xiàn)期之間則表現(xiàn)出明顯差異，1980年代極端徑流風險最高，2000年代最低，洪水季明顯高于平水季;土地利用對極端徑流事件頻次的影響隨重現(xiàn)期的增加而減弱，當重現(xiàn)期大于100年，土地利用類型和極端徑流事件

9、不存在顯著相關關系，在較低重現(xiàn)期下，林地能顯著降低極端徑流事件頻次，耕地和城鎮(zhèn)用地則能夠增加極端徑流風險，草地、灌叢、未利用地對極端徑流事件的影響不顯著，在較大重現(xiàn)期下，水庫等水利設施能夠對極端徑流事件產(chǎn)生重要影響。
　　(5)在SWAT徑流模型的基礎上校驗了產(chǎn)沙和泥沙輸移比模型，借助偏最小二乘回歸探討了堵河上游流域土地利用組成和格局對特定產(chǎn)沙的相對重要性?；谕恋乩煤妥匀坏乩硖卣鬟x擇了19種詮釋性指數(shù)在子流域尺度下進行分析，借