趙學(xué)義，趙 靜

(遼寧省岫巖滿族自治縣河道管理所，遼寧 鞍山114300)

土地利用變化直接反映了人類活動，土地利用變化對流域水資源循環(huán)影響都較為顯著。人們對于研究土地利用變化對水資源影響的研究主要分為三個階段，第一個階段對于土地利用變化對流域水資源影響主要是采用實驗方法［1－2］，通過物理實驗?zāi)M不同土地利用方式對徑流的影響，但此方法很難和實際情況相符合。第二階段，人們采用統(tǒng)計方法，對流域長系列的水文數(shù)據(jù)進行分析，從而分析土地利用變化對水循環(huán)影響，也取得一定的研究成果［3－5］，但是該方法需要的數(shù)據(jù)較長，且很難將氣候變化影響分割出來。第三階段，隨著分布式水文模型的發(fā)展，運用分布式水文模型定量分析土地利用變化對流域水循環(huán)的研究開始成為熱點，其中SWAT模型也成為研究土地利用變化對徑流響應(yīng)的一個有效平臺［6－9］。但運用SWAT模型定量研究大洋河流域土地利用對徑流影響的研究較少，本文基于SWAT模型，通過設(shè)定3種土地利用模式情景，定量分析不同土地利用模式情景對大洋河流域徑流的影響。研究成果為大洋河流域水資源規(guī)劃和保護提供參考價值。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

大洋河屬于獨流如海的河流，河流全長182 km，流域面積為6 554 km2，流域多年平均徑流量為3.1×109m3，沙里寨水文站以上集水面積為4 810 km2，為大洋河的控制站，流域主要的土地利用方式為林地、耕地以及城鎮(zhèn)居民用地。

圖1 大洋河流域圖

1.2 研究方法

本文采用SWAT模型來定量分析不同土地利用情景模式對大洋河流域徑流的影響，SWAT地表徑流模擬主要采用SCS曲線法，該方法計算原理為:

式中:P為降雨量，mm;Q為徑流深，mm;Ia為初損(產(chǎn)生地表徑流之前的降雨損失量)，mm;F為后損(產(chǎn)生地表徑流之后的降雨損失)，mm;S為流域可能最大滯留量，mm。其中S的計算公式如下:

其中CN為綜合考慮前期土壤濕度、坡度、土地利用方式和土壤類型狀況等因素一個無量綱的參數(shù)，土地利用可改變該參數(shù)值，不同土地利用方式對應(yīng)CN值不同，具體取值方式可以詳見參考文獻［9］。

1.3 研究所需資料

模型需要輸入的數(shù)據(jù)有DEM數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及水文數(shù)據(jù)。(1)DEM數(shù)據(jù)下載美國太空總署提供的分辨率為90S的SRTM格式數(shù)據(jù)，結(jié)合流域邊界截得研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù);(2)土地利用數(shù)據(jù)采用中科院提供的全國分辨率為1 km×1 km土地利用數(shù)據(jù)，并結(jié)合流域邊界截得研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù);(3)土壤數(shù)據(jù)采用中科院地理所提供的全國分辨率為1:10 000的大洋河流域土壤類型空間分布數(shù)據(jù)，土壤物理屬性數(shù)據(jù)采用自當?shù)赝寥乐?(4)水文數(shù)據(jù)采用沙里寨水文站2000－2010年水文數(shù)據(jù)。

2 不同土地利用模式情景下徑流響應(yīng)研究

2.1 SWAT模型參數(shù)的率定和校驗

基于SWAT模型以及沙里寨水文站2000－2010年水文數(shù)據(jù)，模擬了大洋河沙里寨水文站以上流域的徑流量，模型參數(shù)率定和校驗結(jié)果見下表圖。

表1 SWAT模型水量模擬參數(shù)率定結(jié)果

表2 SWAT模型水量模擬參數(shù)率定結(jié)果

圖2 代表年份徑流模擬成果圖

從表2中可以看出，SWAT模型在大洋河流域具有較好的適用性，模擬的年徑流深相對誤差均在10%以內(nèi)，確定性系數(shù)達到0.7以上，模型滿足大洋河流域徑流模擬的精度要求，可以用來分析評價不同土地利用模式情景對大洋河徑流的影響。從圖2中也可以看出，模擬的徑流過程和實測的徑流過程吻合度較高，具有較好的相似性。

2.2 不同土地利用模式情景下徑流響應(yīng)分析

為定量分析不同土地利用模式情景對大洋河的徑流影響，設(shè)定三種土地利用模式情景，見表3。基于率定后的SWAT模型，分別模擬了三種不同土地利用模式情景下沙里寨水文站以上流域2000年的徑流量，并和2000年未改變土地利用模式情景運用SWAT模型模擬的年徑流量進行比較，比較結(jié)果見表4。

表3 不同土地利用模式情景下土地利用改變面積比

表4 不同土地利用模式情景下土地利用改變面積比

從表4中可以看出，土地利用模式情景I中，2000年流域土地利用模式改變后徑流深減少14.1 mm，徑流系數(shù)減少0.11，這主要是因為林地面積增加，旱地面積減少，而林地相比于旱地，由于具枝葉以及根系有蓄水功能，從而減少徑流量，因此使得林地面積增加10%，旱地面積減少10%后，其徑流深和徑流系數(shù)都相應(yīng)減少。而土地利用模式情景II，林地面積減少10%，城鎮(zhèn)面積增加10%，城鎮(zhèn)用地由于增加了不透水面積，使得徑流量相應(yīng)增加，從表4中可以看出，土地利用改變前后，其徑流深增加7.7 mm，徑流系數(shù)增加0.16。第三種土地利用模式情景為林地增加10%，城鎮(zhèn)用地減少10%，相比于土地利用模式情景I，林地增加相同比例，城鎮(zhèn)用地和旱地減少的比例也相同，但使得徑流深改變量不一樣，從表中可以看出，城鎮(zhèn)用地減少相比于旱地面積減少，徑流深減少更多，這是因為城鎮(zhèn)用地相比于旱地，其不透水面積更大，因此對徑流的影響也越大。

3 結(jié)語

本文以SWAT模型為平臺，定量分析不同土地利用模式情景對大洋河徑流的影響，研究取得以下結(jié)論:

(1)構(gòu)建的SWAT模型在大洋河流域具有較好的模擬精度，模擬的年徑流深相對誤差小于10%，確定性系數(shù)大于0.7。

(2)林地面積增加10%，旱地面積減少10%，由于林地的天然蓄水功能，使得大洋河徑流深減少14.1 mm，而林地面積減少10%，城鎮(zhèn)居民用地增加10%，由于城鎮(zhèn)居民用地增加不透水面積，使得大洋河徑流深增加7.7 mm。

(3)城鎮(zhèn)居民用地和旱地減少相同比例，均可以使得流域徑流深減少，但城鎮(zhèn)居民地影響徑流深的比例大于旱地。

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