洮河流域土地利用／覆被变化的水文过程响应

土地利用/覆被变化是导致流域水资源发生变化的重要原因.以中国西北地区的洮河流域为研究区,构建适宜于洮河流域的分布式水文模型(SWAT),在综合考虑流域1985-2000年间土地利用/覆被变化特征的基础上建立多种土地利用/覆被情景,并对不同情景下的水文过程进行模拟,得到以下结论:(1)经校准后的SWAT模型,其验证期的相关系数R~2、相对误差R_e和效率系数E_(ns)分别为0.83、-8%和0.68,说明SWAT模型在洮河流域径流量模拟中具有较高的适用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用类型.林地的壤中流、土壤湿度和产水量最大,耕地的地表径流和蒸散量最大.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表径流增加了1.72%,地下径流和产水量降低了0.8%和0.4%;耕地扩张和城镇建设用地情景下流域地表径流明显增加,生态恢复情景下流域地表径流和产水量均有所降低.(3)从月径流量来看,林草地可以减小最大与最小流量的变幅,而耕地的作用正好相反.与1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表径流增加1.67%,地下径流减少0.83%,产水量减少0.36%;非汛期地表径流增加1.86%,地下径流减少0.63%,产水量减少0.46%.说明林草地减少对非汛期的影响更大.     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT(Soil and Water Assessment Tool)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;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以滦河流域为研究区,利用1985和2000年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评价了流域土地利用/覆被变化的水文效应,并分析了流域地表径流变化与主要景观类型的响应关系。结果表明:SWAT（Soil and Water Assessment Tool）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;1985—2000年流域林地向草地和耕地的转变导致流域年均地表径流和总径流量分别增加了12.6%和5.1%;并使得流域年均地表径流变化空间差异显著,整体呈增加趋势,且主要受到林地变化的影响,而在三道河子以上集水区地表径流的变化则主要受到耕地景观的影响。合理规划土地利用格局,对于流域水资源可持续利用具有重要意义。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO_2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型(DTVGM-CASACNP)及应用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化(LUCC)及CO2浓度升高对径流的影响。研究结果表明:DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO2浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

以大通河流域为研究区域,利用1985年和2005年土地利用数据,结合SWAT分布式水文模型定量评估了流域土地利用/覆被变化的水文效应。结果表明：1985-2005年大通河流域的土地利用变化主要表现为草地向耕地、居工地转变,草地所占比例由46.7%骤降至20.9%,而耕地面积由1985年的1065.8km²增加到2005年的3243km²;相较于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模拟的多年平均径流增加了1.92×10⁸m³,由于上中下游主要的土地利用/覆被变化不同,导致流域径流变化增加程度由西北至东南逐渐增大;大通河流域年径流的增加主要表现为汛期径流增加,讯期月平均径流增幅达到了0.40×10⁸m³·mon^-1;非汛期径流则呈不明显减小趋势,平均降幅为0.024×10⁸m³·mon^-1。合理规划大通河流域土地利用方式,提高水源区涵养能力,对流域水资源可持续发展具有重要意义。     

不同土地利用模式对大洋河流域径流的影响研究

基于分布式水文模型SWAT模型,以大洋河沙里寨水文站以上为研究流域,利用沙里寨水文站2000-2010年水文数据、研究流域分辨率为1 km×1 km土地利用数据以及1:100 000土壤类型数据,定量模拟大城子以上流域2000-2010年径流量,通过设定三种土地利用模式情景,定量分析不同土地利用模式情景下对大洋河流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在大洋河流域径流模拟具有较好的适用性,模拟相对误差小于10%,确定性系数0.7以上;在三种土地利用模式情景,其中情景II(林地减少10%,城镇用地增加10%)径流深增加7.7mm,径流系数增加0.16,情景I(林地增加10%,旱地减少10%)以及情景III(林地增加10%,城镇用地减少10%)使得径流深分别减少14.1 mm和16.2 mm,城镇用地对径流影响大于旱地。研究成果对于大洋河水资源规划和保护提供参考价值。     

黄淮海流域植被覆盖变化对径流的影响

植被是流域水循环过程的重要环境因子之一,植被变化对径流的影响是当前研究的国际前沿和热点问题。以全球变绿最突出的黄淮海流域为研究对象,基于1982-2016年水文气象观测资料及归一化植被指数（NDVI）数据,利用Mann-Kendall等趋势检验方法检测NDVI的时空变化特征。基于Budyko-Fu公式构建黄淮海流域水热耦合模拟模型,分析模拟径流对Budyko-Fu模型参数ω的敏感性;基于参数ω与气候、植被等要素的统计关系,建立利用气候季节性指数和NDVI计算参数ω的经验公式,利用弹性系数法,识别参数ω对NDVI变化的响应,利用复合函数链式求导法则研究NDVI变化对黄淮海流域径流的影响。结果表明:1982-2016年黄淮海流域NDVI呈显著增加趋势;NDVI增加会使模型参数ω增加,进而导致径流量减少;NDVI每增加10%,黄淮海流域径流量平均减少8.3%;植被变化对径流的影响具有显著的空间差异性,气候越干旱、植被条件越差地区的NDVI变化对径流影响越显著。     

西庄流域土地覆被变化及其水文响应模拟研究

自20世纪80年代以来,随着滇西南农业综合开发造林项目建设、退耕还林、天保林工程的建设．滇西南的土地利用格局发生明显改变,尤其是山区流域林地覆被明显增加,耕地减少,分析这种变化趋势对水文水资源的影响很有必要。本文选取怒江水系中山小流域西庄流域为例,以遥感影像为主要信息源,利用GIS分析了1982、1991、1999和2004年的土地覆被变化,然后以分布式水文模型SWAT为研究工具,用1998-2002年流域实测降雨及径流资料对模型进行率定．然后固定气候因子（1998-2002年实测气候资料）,模拟分析了不同土地覆被情况下的水文响应。研究结果表明,自1982年至2004年,森林覆被面积增加44％,草地面积减少28,6％,耕地面积减少16．1％;相应的流域地表径流减少21．3％,年径流减少2．0％,雨季径流量减少2．7％,枯季径流量减少0,2％,年蒸发增加4．8％,雨季蒸发量增加5,0％,枯季蒸发量增加3．9％。合理规划流域土地利用格局对于流域综合水资源管理具有重要意义。     

滁州花山水文实验流域径流与氮素耦合模拟研究

采用SWAT模型方法对滁州花山水文实验流域进行了径流与氮素耦合模拟,探讨了流域土地利用对氮素输移的影响。构建了花山水文实验流域SWAT模型,采用2008年1月~2013年12月的降雨、径流等数据对径流模型进行率定和验证,以2012年5月~2013年12月的氮浓度监测数据对氮负荷模型进行验证。利用所建立的模型对现状土地利用情形和土地利用变化情景假设下进行了径流与氮素耦合模拟,计算了现状和不同土地利用情景假设下流域的径流深和氮负荷。结果表明:汛期的氮流失量占全年氮流失的比重较大,每年的汛期是控制氮流失的关键时期;旱地的氮流失潜力较水田大,林地的增加对氮负荷具有一定的消减作用;控制氮肥的使用,加强水土保持能力,可以有效减少流域氮负荷。     

汾河上游土地利用变化及其水文响应研究

以河岔水文站以上的汾河流域为研究区,采用土地利用转移矩阵和SWAT模型模拟方法,就汾河上游土地利用变化对水文过程的影响进行研究. 流域从1995-2000年,以耕地向林地和草地转变为主;从2000-2010年,城市建设用地不断增加,主要是对耕地的占用. 结果显示,在相同气候背景、不同土地利用情景（1995、2000年2010年）下,流域1992-2000年多年平均产水量微弱增加（分别为85.69 mm、85.75 mm和85.82 mm）,主要因为耕地持续减少,草地和城市建设用地不断增加. 但是各年产水量的大小关系不完全一致,枯水年和平水年与丰水年存在差异,而土壤水分呈现一致的减少状况. 子流域水平上,降水条件同样影响水文过程对土地利用变化的响应程度. 以上结果表明,汾河流域在退耕还林还草政策等影响下,土地利用发生变化并且直接影响流域的水文过程,但是流域水文过程对土地利用变化的响应还受到降水的影响.     

Impact assessment of land cover changes on the runoff changes on the extreme flood events in the Kelantan River basin

In the current years, changing the land cover/land use had serious hydrological impacts affecting the flood events in the Kelantan River basin. The flood events at the east coast of the peninsular Malaysia got highly affected in the recent decades due to several factors like urbanisation, rapid changes in the utilisation of land and lack of meteorological (i.e. change in climate) and developmental monitoring and planning. The Kelantan River basin has been highly influenced due to a rapid change in land use during 1984 to 2013, which occurred in the form of transformation of agricultural area and deforestation (logging activities). In order to evaluate the influence of the modifications in land cover on the flood events, two hydrological regional models of rainfall-induced runoff event, the Hydrologic Engineering Center (HEC)-Hydrologic Modeling System (HMS) model and improved transient rainfall infiltration and grid-based regional model (Improved TRIGRS), were employed in this study. The responses of land cover changes on the peak flow and runoff volume were investigated using 10 days of hourly rainfall events from 20 December to the end of December 2014 at the study area. The usage of two hydrological models defined that the changes in land use/land cover caused momentous changes in hydrological response towards water flow. The outcomes also revealed that the increase of severe water flow at the study area is a function of urbanisation and deforestation, particularly in the conversion of the forest area to the less canopy coverage, for example, oil palm, mixed agriculture and rubber. The monsoon season floods and runoff escalate in the cleared land or low-density vegetation area, while the normal flow gets the contribution from interflow generated from secondary jungle and forested areas.     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

气候变化对我国水文水资源的可能影响

以平衡的GCM模型输出作为大气中CO₂浓度倍增时的气候情景,采用月水量平衡模型及水资源利用综合评价模型研究我国部分流域年、月径流、蒸发的可能变化及2030年水资源供需差额变化。结果表明淮河及其以北气候变化的影响最为显着,各流域水量的增多或减少主要由汛期径流及蒸发的增减决定。在未来气候条件下,黄、淮、海三个流域水资源短缺可能进一步加剧。     

不同林草系统对集水区水量平衡的影响研究

应用SWAT99.2模型(Soil and Water Assessment Tool),系统地研究了红壤丘岗集水区4种林草系统(自然草被、阔叶林、混交林和针叶林)的地表径流、根层渗漏、蒸发蒸腾、土壤蓄水量的时空特点,并用实测的地表径流对模型进行校正和验证,月地表径流的Nash-Sutcliffe模拟效率系数达到0.74,模拟值和观测值的决定系数达0.90。结果表明,降水的年内分配不均造成了径流、渗漏、土壤蓄水量月份之间的差异,年际间气象条件(特别是降水)的差异性导致了水量平衡支出项的年际差异,其中径流量和渗漏量受降水的影响最大,蒸发蒸腾量次之,土壤蓄水量的年变化量受降水的影响最小;林地能有效地减少区域的地表径流量,其中以阔叶林和混交林的效果最好;林地入渗性能大于草地;蒸发蒸腾量是林地水量平衡支出中最大的一项,且3种林地的蒸发蒸腾量均大于草地。水量平衡的预测结果显示,土地利用方式是区域短期水量平衡的主要影响因子。     

滨江流域降水时空演变规律分析

降水是水循环的关键环节,直接影响着径流过程和可利用水资源量的时空分布,关系到区域水资源安全和可持续发展。为了探讨气候变化下华南湿润区典型小流域降水时空演变规律,利用珠江流域北江一级支流滨江流域内及其邻近共10个站点近47年日降水量观测资料,采用非参数统计方法Mann-Kendall(M-K)趋势检验和Mann-Whitney-Pettitt(MWP)检定方法,对年、汛期/非汛期、年日最大和年月最大降水量进行分析。结果表明:滨江流域多年平均降水量呈北少南多分布,主要与区域气流走向及流域地形有关;年降水量总体呈现减少趋势,其中流域南部呈显著减少趋势,北部呈不显著减少趋势,其主要是汛期(4~9月)降水量减少,非汛期(10~翌年3月)降水量变化不大;年日最大和年月最大降水量均呈减少趋势。流域南部年降水量和汛期降水量在1983年发生了显著性变异;流域北部年最大日降水量和年月最大降水量分别在1987年和1985年左右发生显著性变异。     

Effects of land use change on flood characteristics in mountainous area of Daqinghe watershed, China

Land use has changed in the Daqinghe watershed during 1956–2005, and it has influenced the flood peak and volume. In order to reveal the effects of land use change on flood characteristics in Daqinghe watershed, we selected 2 sub-watersheds and used remote-sensed land use data of 1980 and 1996 to analyze changes in land use and also selected several combinations of similar rainfall events and the corresponding flood events to show how changes in land use affect floods. The forest and urban area increased and other types decreased, and flood peaks and volumes tended to decrease under similar rainfall events. To quantify the extent of change in land use affecting floods, a hydrological model incorporating the land use was established. The model combines infiltration excess and saturation excess runoff generation mechanism in each type of land use, and the simulation results agreed well with the measured flood processes in the two selected watersheds. Several floods of different return intervals were selected to be modeled under the 1980 and 1996 land use conditions. The results show that both flood peak and volume decreased under the 1996 land use condition in comparison with the 1980 land use condition in the two watersheds. Most of the flood peaks decreased <5 %, but the volume decreased to a greater extent. This result can be helpful in modifying design flood.