渭河流域上游水土資源利用及其對水文過程的影響研究.pdf

1、渭河流域?qū)俑珊蛋敫珊档貐^(qū)，近年來地表水資源量銳減，特別是20世紀90年代，渭河水文循環(huán)規(guī)律發(fā)生了很大變化，引起河道干枯萎縮、生態(tài)環(huán)境惡化、河流功能性斷流以及小流量高水位大災(zāi)害的頻繁發(fā)生，嚴重制約了流域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。土地利用與覆蓋變化對流域尺度水文循環(huán)的影響研究是國際社會普遍關(guān)注的熱點問題，也是水文科學(xué)的前沿領(lǐng)域，黃土高原實施的以水土保持為目標的大面積、高強度植被營造工程、梯田化建設(shè)工程、以及雨水集流和淤地壩工程等活動，其顯著的減

2、沙效益將如何影響流域水循環(huán)，并對下游水資源開發(fā)利用和經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生何種程度的影響[劉蘇峽]，是黃河流域廣泛關(guān)注的核心問題之一。鑒于此，本論文針對渭河流域水資源變化特征和開發(fā)利用存在的問題，將研究區(qū)域界定為渭河流域?qū)氹u峽以上30775km2的范圍，以水循環(huán)與水資源演化規(guī)律為基礎(chǔ)，以流域水資源評價為主線，以自然因素和人類活動二元驅(qū)動力作用下渭河流域水沙過程變異為切入點，針對土地利用及覆被變化對流域年徑流、季節(jié)徑流、洪峰流量、枯水流量變化過

3、程的影響機理以及流域水循環(huán)演變模擬等角度，取得了如下幾方面的主要研究成果：
　　 1、利用渭河流域及周邊地區(qū)54個雨量站、15個水文站的水文氣象資料，通過插補延長，建立了流域統(tǒng)一的1956～2005年50年水文動態(tài)和水資源評價資料系列。流域按上、中、下游和左岸、右岸分區(qū)，對渭河流域近50年來的徑流變化過程進行了系統(tǒng)分析，并在行政區(qū)按省、市、縣(區(qū))三級評價分區(qū)基礎(chǔ)上，對流域水資源及其利用現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)分析評價。本論文對渭河流域水

4、資源量的評價是目前采用水文氣象資料系列最長，資料最新，分析成果較為可靠。渭河流域多年平均地表水資源量23.39億m3，徑流深76.0mm，徑流系數(shù)0.15。
　　 2、論文采用1980年、1995年和2000年三期LanhdsatTM影像數(shù)據(jù)，引入了土地利用與覆被變化幅度、動態(tài)度、變化速率以及相對變化速率4個基本概念、9個判別指標反映區(qū)域土地利用與覆被變化的空間特征和變化趨勢[靳孟貴，1997.6]。土地利用變化分析的分區(qū)原則遵

5、循水資源分區(qū)原則，與水資源分區(qū)完全一致，使水文參數(shù)與土地利用數(shù)據(jù)相匹配。結(jié)果表明：(1)土地類型以耕地類型面積最大，面積12032.95km2，占總土地面積的46.66％，其次是草地類型，面積10375.13 km2，占總土地面積的40.23％。林地面積2648.893 km2，占總土地面積的10.27％。耕地、草地、林地是渭河流域的主要土地類型，三種土地類型面積25056.976 km2，占總土地面積的97.16％。(2)1980年到

6、2000年21年期間，林地在保持穩(wěn)定的情況下略有增漲，漲幅在4.28％。草地土地類型出現(xiàn)萎縮，土地變化率在-0.33～-1.14％。水域面積中，大量水土保持工程的實施，使得水庫塘壩面積增長13.1％。在耕地土地類型中，總耕地面積21年來發(fā)生了較大的變化，1980～1995年耕地類土地類型增加22.5％，1995年以后隨著退耕還林工程的實施，耕地面積有所回落，1995～2000年減少20.67％。耕地中平原旱耕地在減少，減幅1.7％，山地

7、和丘陵旱耕地增加，增幅分別為1.37％和0.34％。
　　 3、50年來降水與徑流的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為中長周期變化基本一致，除渭源徑流在20年尺度上出現(xiàn)了5個周期轉(zhuǎn)換外，其它均為6個周期的轉(zhuǎn)換。在1970s以前，降雨徑流關(guān)系良好。80年代降水量上中游略有增加，下游降水略有減少，徑流也顯示上中游水量增加，下游水量持平，降雨徑流關(guān)系較為匹配。90年代降雨徑流的變化趨勢一致，但降雨徑流已經(jīng)不再匹配。2000年以后，上游降水量減少

8、7.7％，中下游基本持平，而上游徑流減少35.4％，減少幅度超過三分之一，中游減少44.7％，下游減少49.1％，接近一半，原來密切的降雨徑流關(guān)系已不復(fù)存在。
　　 4、論文分別選擇了10個蒸發(fā)、氣溫代表站，對渭河流域蒸發(fā)量、氣溫變化特征進行了分析，探討了蒸發(fā)與氣溫的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：渭河流域氣溫變化具有明顯的多年變化規(guī)律，80年代以前氣溫普遍低于多年平均值0.1～0.4℃。渭河中游50、60年代氣溫與多年均值持平。進入90年

9、代以后，氣溫表現(xiàn)為明顯的上升趨勢，90年代氣溫比多年均值升高0.3～0.6℃。2000年以后氣溫上升速度明顯加快，氣溫比正常年份高0.3～1.0℃，以渭河下游氣溫升高最為劇烈。蒸發(fā)比氣溫的變化要復(fù)雜的多。蒸發(fā)并不是都隨著氣溫的升高而增大，有些區(qū)域氣溫升高，而蒸發(fā)量降低。根據(jù)目前其它研究成果，在西北內(nèi)陸地區(qū)及黃河流域也存在這一現(xiàn)象。
　　 5、通過對渭河流域11個水文站1298場洪水進行分析，渭河流域洪水主要集中在6～9月，流域洪

10、水過程變態(tài)系數(shù)平均為0.18，最大的洪水過程變態(tài)系數(shù)0.77，最小的洪水過程變態(tài)系數(shù)0.01，漲峰段與落峰段洪水徑流量極不對稱，洪水過程呈現(xiàn)陡漲緩落的形態(tài)。
　　 在相同的氣象條件條件下，通過對典型流域洪水分析，土地利用對洪水過程的影響是十分明顯的。90年代與80年代比，洪峰流量和洪水模數(shù)消減了60％，徑流量、徑流深和徑流系數(shù)分別消減了64％、62％和58％。2000年以后的洪水與80年代洪水比較，洪峰流量和洪峰模數(shù)消減33％，

11、徑流量和徑流深分別消減71％、73％。2000年以后的洪水比80年代洪水洪峰流量和洪峰模數(shù)消減68％和69％，徑流量、徑流深和徑流系數(shù)分別消減64％、66％、63％，輸沙量減少了95％。
　　 6、論文選擇了秦安、社棠、天水、武山和北道5個水文站歷年年最小瞬時流量資料，利用概率統(tǒng)計法和時間序列分析法，對渭河流域葫蘆河、牛頭河、糟河三條支流和渭河干流的枯水流量特征進行了分析。結(jié)果表明：多年平均最小流量只有0.382m3/s，偏枯年

12、份，最小流量只有0.024m3/s，在枯水年和極端枯水年，最小流量分別為0.005 m3/s和0.003 m3/s，實際上屬斷流狀態(tài)。渭河干流上游多年平均最小流量2.547 m3/s，是年平均流量的1/7，下游最小流量2.909 m3/s，是年平均流量的1/13。
　　 耕地面積與最小流量間具有一定相關(guān)性，其中耕地面積與最小月平均流量相關(guān)性最好。耕地面積與枯水徑流呈負相關(guān)關(guān)系，不同時期、不同量級的枯水流量隨著耕地面積的增大而減小

13、。
　　 7、渭河流域土地利用對年徑流量影響十分明顯，有些區(qū)段影響劇烈。土地利用對徑流的影響隨著流域面積的增大而呈現(xiàn)增長趨勢。耕地面積與年徑流量呈負(反)相關(guān)，面積越大，年徑流量變得越小。耕地面積和灌溉面積對冬季流量的影響較小。冬季降水量小，耕地對降水產(chǎn)生的損耗也小，渭河流域冬季很少灌溉，灌溉面積幾乎對冬季流量不產(chǎn)生影響。進入春季，降水量增加，在經(jīng)過枯水季節(jié)后，土壤墑情差，含水量低，耕地對降水的損耗也大。春季是農(nóng)業(yè)灌溉的關(guān)鍵時期

14、，大量的農(nóng)業(yè)灌溉，對春季河道流量影響較大。由于解放初期農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，耕地面積和灌溉面積在60年代以前對春季流量影響較小，60年代中期以后隨著耕地面積和灌溉面積的擴大，對春季流量的影響程度逐步加強。
　　 8、基于渭河流域內(nèi)及周圍21個站點近40年來的氣象資料，以北道站為控制站點建立了渭河流域的SWAT模型。模型校正期和驗證期模擬的月徑流值和年徑流值，都取得了良好的模擬結(jié)果，模型很好的概化了研究區(qū)的參數(shù)，比較準確的描述了研究區(qū)