，， ，孫金， ，付浩

(1.長江科學(xué)院 a.農(nóng)業(yè)水利研究所；b.水土保持研究所，武漢 430010； 2.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430072)

基于水文水動力耦合模型的平原湖區(qū)土地利用變化對排澇模數(shù)的影響

羅文兵1a，2，王修貴2，喬偉1a，孫金偉1b，錢龍2，付浩龍1a

(1.長江科學(xué)院 a.農(nóng)業(yè)水利研究所；b.水土保持研究所，武漢 430010； 2.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430072)

為準(zhǔn)確模擬平原湖區(qū)土地利用變化對排澇模數(shù)的影響，選取湖北省四湖流域螺山排區(qū)作為研究區(qū)，利用構(gòu)建的SCS-MIKE11耦合模型計(jì)算不同時(shí)期土地利用類型下的排澇模數(shù)，分析土地利用變化對排澇模數(shù)的影響，并通過設(shè)置不同水旱比、水面率和地面硬化率的組合，對土地利用變化條件下的排澇措施進(jìn)行模擬優(yōu)化。結(jié)果表明：在10 a一遇的1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的標(biāo)準(zhǔn)下， 2011年土地利用方式下求得的排澇模數(shù)比1994年求得的排澇模數(shù)大，分別增加了159.3%和33.6%；在保持水旱比和水面率不變的情況下，地面硬化率每增加1%，1 d和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別增加0.005 m3/(skm2)和0.003 m3/(skm2)；在保持水旱比和地面硬化率不變的情況下，水面率每增加1%，1 d和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.016 m3/(skm2)和0.012 m3/(skm2)；在保持水面率和地面硬化率不變的情況下，水旱比每增加0.1，1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.004 m3/(skm2)和0.003 m3/(skm2)。因此，除了增加排澇泵站的排澇流量外，減少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除澇減災(zāi)的有效措施。研究成果可為土地利用變化條件下平原湖區(qū)排澇模數(shù)的確定和排澇措施的制定提供參考。

平原湖區(qū)；排澇模數(shù)；土地利用方式；SCS模型；MIKE11 模型

1 研究背景

隨著人類活動的影響加劇，平原湖區(qū)土地利用變化顯著，如圍湖造田、快速城市化等，影響排區(qū)產(chǎn)匯流過程，顯著改變了一定排澇標(biāo)準(zhǔn)下的排澇模數(shù)[1]，從而對排區(qū)排澇提出了新的要求。因此，有必要開展平原湖區(qū)土地利用變化對排澇模數(shù)的定量影響研究，為土地利用變化條件下的排澇模數(shù)確定提供依據(jù)。

目前，關(guān)于排澇模數(shù)的研究主要集中在計(jì)算方法和影響因素方面。在計(jì)算方法方面，如意大利、希臘、法國和西班牙等國家，在小流域農(nóng)業(yè)排區(qū)廣泛使用連續(xù)法、運(yùn)動法和綜合流量過程線法(SCS)等，都取得了很好的效果[2]。在國內(nèi)，采用平均排除法[3-4]、經(jīng)驗(yàn)公式法[5-6]、單位線法[7]、水量平衡法[8-11]、推理公式法[12]以及河網(wǎng)水力學(xué)模型法[13-14]等進(jìn)行排澇模數(shù)計(jì)算。在影響因素方面，主要集中在排澇模數(shù)與水面率、調(diào)蓄容積、綜合徑流系數(shù)、地面硬化率、水旱比、灌溉方式、排澇面積之間的定量關(guān)系等方面[8-9,15-17]。如排澇模數(shù)分別隨著水面率、調(diào)蓄容積和水旱比的增加而減小，而隨著綜合徑流系數(shù)、地面硬化率的增加而增大，水稻間歇灌溉下的排澇模數(shù)比傳統(tǒng)灌溉小[1]。

可見，相關(guān)研究主要集中在單個(gè)因素的影響，而針對涉及多個(gè)因素的土地利用變化對排澇模數(shù)影響的研究較少。在已有研究[1]中采用的是經(jīng)驗(yàn)公式法和平均排除法，不能反映不同排區(qū)的水網(wǎng)、植被覆蓋和地面硬化程度對排區(qū)產(chǎn)匯流的影響，難以系統(tǒng)和深入分析土地利用變化對排澇模數(shù)的影響機(jī)理。鑒于此，本文選擇湖北省四湖流域的螺山排區(qū)作為研究區(qū)，構(gòu)建SCS-MIKE11耦合模型進(jìn)行排澇模數(shù)計(jì)算，定量分析土地利用變化對排澇模數(shù)的影響，并對土地利用變化下的排澇措施進(jìn)行了模擬優(yōu)化。

2 SCS-MIKE11耦合模型構(gòu)建及排澇模數(shù)計(jì)算

2.1 研究區(qū)概況

螺山排區(qū)位于湖北省四湖流域南部，北面以四湖總干渠和洪排主隔堤為界，西部和南部抵長江干堤，東抵螺山電排渠，總排水面積935.5 km2，耕地面積為527.0 km2(其中水田309.0 km2、旱田218.0 km2)。該區(qū)地勢低洼，排水不暢，尤其在汛期，受長江水位頂托，易受澇災(zāi)。該區(qū)地勢自西北向東南方向傾斜，地面高程23.0～28.0 m，是湖北省監(jiān)利縣地勢最低區(qū)域。排區(qū)共有沙螺干渠、前進(jìn)河、豐收渠等12條排水支渠匯入螺山總排渠，該渠寬度為40.0～100.0 m，渠底高程19.0～22.3 m；排區(qū)內(nèi)有螺山和楊林山2個(gè)一級排水泵站，總設(shè)計(jì)排水流量210.0 m3/s；還有多處二級泵站，總裝機(jī)容量為13 495 KW，裝機(jī)流量126.6 m3/s，排水面積為378.8 km2。排區(qū)的概化水系見圖1。

圖1 螺山排區(qū)概化水系Fig.1 Generalized drainage system of the Luoshandrainage area

2.2 研究區(qū)土地利用變化

選取排區(qū)土地利用資料較齊全的1994年和2011年進(jìn)行研究，其土地利用方式見表1。

表1 不同時(shí)期土地利用方式的比較Table 1 Comparison of land-use patterns indifferent time periods

注：表中數(shù)據(jù)以占國土總面積的百分比表示，數(shù)據(jù)來源于《四湖地區(qū)濕地農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展研究》、《1994年湖北省監(jiān)利縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料》和《荊州統(tǒng)計(jì)年鑒2012》

由表1可知，在過去17 a間，排區(qū)土地利用變化十分顯著。面積變化幅度從大到小依次為：建筑用地、其他用地、水域、水田和旱地,其中，建筑用地、其他用地和水域的變化較明顯。排區(qū)水域和其他用地的面積呈減少趨勢，兩者的減幅均較大，其中，水面率由1994年的20.3%減小到2011年的10.3%；建設(shè)用地的面積呈增加趨勢，增幅較大，地面硬化率由1994年的1.0%增加到2011年的32.1%。而耕地總體變化不大，其中水田、旱地變化幅度相對較小，水旱比(這里定義為水田面積與耕地總面積之比)由1994年的0.7增加到2011年的0.8?？梢?，建設(shè)用地的大幅增加和水域、其他用地的大幅減少是排區(qū)1994—2011年期間土地利用變化的主要趨勢。排區(qū)土地利用的轉(zhuǎn)化方式主要有水域、水田、其他用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地以及旱地轉(zhuǎn)化為水田。排區(qū)土地利用變化是多種因素綜合作用的結(jié)果，主要受人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程以及有關(guān)土地利用政策(如保護(hù)耕地、維護(hù)生態(tài)平衡)等因素的影響[18]。

2.3 SCS-MIKE11耦合模型構(gòu)建及驗(yàn)證

對于產(chǎn)流模擬選用由美國農(nóng)業(yè)部水土保持局(Soil Conservation Service)研制的小流域設(shè)計(jì)洪水模型——SCS模型[19]。該模型具有結(jié)構(gòu)簡單、所需資料容易獲取、輸入?yún)?shù)少、適應(yīng)性廣、可操作性好以及精度較高等優(yōu)點(diǎn)[20]，并能描述不同植被覆蓋、土壤和前期土壤濕潤程度條件下的降雨徑流關(guān)系，對于排區(qū)產(chǎn)流計(jì)算有一定的指導(dǎo)意義。匯流則采用由丹麥水力研究所(Danish Hydraulic Institute，簡稱DHI)開發(fā)的河網(wǎng)一維數(shù)學(xué)模型MIKE11進(jìn)行模擬[21-22]。其具有算法可靠、計(jì)算穩(wěn)定、界面友好、前后處理方便、對各類水工建筑物有強(qiáng)大的模擬功能等突出優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在防洪排澇等水利工程設(shè)計(jì)中，比傳統(tǒng)的計(jì)算方法更高效和準(zhǔn)確[23]。本文利用SCS在產(chǎn)流計(jì)算方面的廣泛適應(yīng)性以及MIKE11在河網(wǎng)匯流模擬中的強(qiáng)大功能，將二者耦合實(shí)現(xiàn)對排區(qū)的澇水產(chǎn)匯流模擬。并針對平原湖區(qū)的特點(diǎn)，對SCS模型的水面產(chǎn)流和MIKE11模型的閘泵模擬進(jìn)行了改進(jìn)，詳見文獻(xiàn)[24]。

主要率定的參數(shù)為CN值和糙率系數(shù)。其中，CN值根據(jù)研究區(qū)的土地利用和土壤類型來確定。根據(jù)產(chǎn)流特點(diǎn)將排區(qū)土地利用類型分成水田、旱地(包括荒地)、水面、建筑用地和其他5種類型，分別計(jì)算5種土地利用類型的CN值，根據(jù)其占總面積的比例加權(quán)計(jì)算得到綜合CN值。根據(jù)排區(qū)實(shí)際情況修正了作物生長期的前期土壤濕潤狀況(AMC)等級劃分條件。并根據(jù)漳河灌區(qū)[25]等地實(shí)際經(jīng)驗(yàn)初定CN值范圍。通過率定得到CN值：在3種土壤濕潤程度即干旱、平均和濕潤下，CN分別取值為31，47，62。率定后的河道糙率取值為0.03。率定和驗(yàn)證結(jié)果表明，所建耦合模型具有良好的適應(yīng)性，可應(yīng)用于排區(qū)排澇計(jì)算。具體參數(shù)的確定及適用性驗(yàn)證參見文獻(xiàn)[24]。

2.4 排澇標(biāo)準(zhǔn)確定

排澇標(biāo)準(zhǔn)一般包括設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期、暴雨歷時(shí)和排澇時(shí)間。設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期一般采用5～10 a一遇[26]，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)一般采用1，3，7 d等時(shí)段，設(shè)計(jì)排澇天數(shù)視設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)不同而異，旱作物為1～3 d，水稻為3～5 d[26]。根據(jù)湖北省平原區(qū)現(xiàn)有排澇標(biāo)準(zhǔn)，選取10 a一遇1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排澇計(jì)算。

2.5 排澇模數(shù)計(jì)算

采用排區(qū)內(nèi)的螺山、朱河和尺八3個(gè)雨量站1960—2011年共52 a的日降雨量資料進(jìn)行排頻得到10 a一遇重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)暴雨，并根據(jù)典型雨型推求設(shè)計(jì)暴雨過程，接著根據(jù)研究區(qū)河網(wǎng)水系、土地利用情況等對排區(qū)進(jìn)行分區(qū)，利用SCS模型對各分區(qū)進(jìn)行產(chǎn)流模擬，然后通過SCS匯流單位線將各子區(qū)的產(chǎn)流量匯至各分區(qū)對應(yīng)的河道入口，并將這部分水量作為旁側(cè)入流(外邊界條件)引入到MIKE11模型的河網(wǎng)中進(jìn)行排澇計(jì)算。

3 結(jié)果與討論

3.1 土地利用變化對排澇模數(shù)的影響

通過上述分析可知，近17 a來，排區(qū)內(nèi)不透水面積較大的城市建筑用地的急劇增加和具有較大調(diào)蓄能力的水域面積的減少，改變了排區(qū)的排澇特性，因此有必要定量分析土地利用變化對排澇模數(shù)的影響。以1994年和2011年土地利用方式為基礎(chǔ)，利用構(gòu)建的水文與水動力學(xué)耦合模型計(jì)算10 a一遇1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的排澇模數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同時(shí)期排澇模數(shù)的比較

由表2可知，在10 a一遇1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的標(biāo)準(zhǔn)下，計(jì)算得到的排澇模數(shù)分別由1994年的0.09 m3/(skm2)和0.22 m3/(skm2)增加到2011年的0.22 m3/(skm2)和0.29 m3/(skm2)，增加的比例分別為159.3%和33.6%?？梢?，同一排澇標(biāo)準(zhǔn)下，以2011年土地利用方式為基礎(chǔ)求得的排澇模數(shù)比1994年求得的排澇模數(shù)大。通過前面的分析可知，排區(qū)土地利用的變化主要體現(xiàn)在城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積的急劇增加和水域面積的縮減。主要的轉(zhuǎn)化方式為水域、水田和其他用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地以及旱地轉(zhuǎn)化為水田。水域、水田和其他用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，由于城鎮(zhèn)建設(shè)用地的徑流系數(shù)相比水域、水田和其他用地大，而水域、水田具有一定的調(diào)蓄能力，產(chǎn)流少，故導(dǎo)致產(chǎn)流量增加；而旱地轉(zhuǎn)化為水田，由于汛期水田具有一定的調(diào)蓄能力，產(chǎn)流少，而旱地產(chǎn)流較大，故導(dǎo)致產(chǎn)流量減少[27]，但其轉(zhuǎn)化的面積較少，故總體上產(chǎn)流量呈增加趨勢，即在2011年土地利用條件下計(jì)算得到的徑流量和洪峰流量均大于1994年土地利用條件下的計(jì)算結(jié)果，從而導(dǎo)致2011年計(jì)算得到的排澇模數(shù)均比1994年的大。由于土地利用類型的改變，即使在同一排澇標(biāo)準(zhǔn)下，也必須提高排水工程的排澇能力。因此，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，一些地區(qū)的現(xiàn)有排澇能力顯得不足，其中土地利用變化是其主要原因之一。

3.2 澇災(zāi)治理措施模擬分析

排區(qū)土地利用方式的顯著變化，導(dǎo)致產(chǎn)流和洪峰增大，降低了現(xiàn)有工程的排澇能力，從而對排澇提出了更高的要求。因此，有必要分析土地利用方式改變下的排澇措施。本文以2011年土地利用方式為基礎(chǔ)，利用建立的模型分析了城市化(地面硬化率)、種植結(jié)構(gòu)(水旱種植比例)和蓄泄格局變化(水面率)對排澇模數(shù)的影響，通過擬定以上3個(gè)因素3個(gè)水平的27種組合方案(見表3)，對不同方案進(jìn)行了模擬優(yōu)選。

機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動化的發(fā)展需要各種系統(tǒng)模式的共同發(fā)展。只有這樣，才能提高機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動化的效率和質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的進(jìn)步和效率，使經(jīng)濟(jì)效益最大化，有效地降低后期維護(hù)的難度。機(jī)械設(shè)計(jì)制造、自動化、模塊化的發(fā)展是機(jī)械制造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變可以使機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)模塊化。通過模塊化的不斷改進(jìn)，可以使企業(yè)的生產(chǎn)更加系統(tǒng)化，從而減少企業(yè)在生產(chǎn)成本中的資金和材料投資，同時(shí)為以后產(chǎn)品的維護(hù)提供極大的便利。

表3 不同指標(biāo)的取值Table 3 Values of different indicators

方案1(即水旱比為0.8，水面率為10.3%，地面硬化率為32.1%)為2011年實(shí)際情況。不同方案的計(jì)算結(jié)果見表4。

以水旱比(x1)、水面率(x2)和地面硬化率(x3)為自變量，排澇模數(shù)(y)為因變量，進(jìn)行多元回歸分析，求得回歸方程，見表5。

對比表5中方程(1)和方程(6)可知，雖然方程的系數(shù)不同，但方程的形式相同，各因素對排澇模數(shù)的影響規(guī)律相同，即排澇模數(shù)分別隨著水旱比和水面率的增加而減小，而隨著地面硬化率的增加而增大，且3個(gè)因素相比水面率對排澇模數(shù)的影響>水旱比和地面硬化率的影響，與以往的研究結(jié)論一致[1]。

表4 不同方案計(jì)算得到的排澇模數(shù)Table 4 Drainage moduli calculated by the SCS- MIKE11 model under different schemes

表5 建立的回歸方程

當(dāng)保持現(xiàn)狀排澇能力(即排澇模數(shù)為0.160 m3/(s·km2))和現(xiàn)狀水旱比(即水旱比為0.8)不變時(shí)，水面率和地面硬化率的關(guān)系見表5中方程(2)和方程(7)及圖2所示。

圖2 水面率和地面硬化率之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between water surface ratio and ground hardening rate

圖2中的陰影部分即為方程的可行域?？梢姡? d暴雨時(shí)，水面率的取值范圍為6.8%～23.8%，地面硬化率的取值上限則為76.2%；3 d暴雨時(shí)，水面率的取值范圍為13.0%～38.0%，地面硬化率的取值上限則為62.0%。此外，由圖2可知，當(dāng)?shù)孛嬗不蕿?011年的32.1%，1 d暴雨和3 d暴雨下的水面率則分別應(yīng)為13.9%和25.8%，即分別需在2011年的基礎(chǔ)上增加3.6%和15.5%的水面率；當(dāng)水面率為2011年的10.3%，1 d暴雨下的地面硬化率則應(yīng)為15.7%，即需在2011年的基礎(chǔ)上減少16.4%的地面硬化率，而在3 d暴雨時(shí)，即使地面硬化率減為0，也無法保持現(xiàn)狀排澇能力不變，此時(shí)的排澇模數(shù)為0.187 m3/(s·km2)，比現(xiàn)狀排澇模數(shù)大16.7%。此外，在2011年土地利用方式的基礎(chǔ)上，每增加1%的地面硬化率，為保持現(xiàn)狀排澇能力不變，1 d暴雨和3 d暴雨下則需分別增加水面率0.2%和0.4%?？梢?，由地面硬化率增加導(dǎo)致的排澇模數(shù)增大，可通過增加水面率來抵消，且在增加相同比例時(shí)，水面率增加對減輕排澇壓力的作用大于地面硬化率增加對加劇排澇壓力的作用。

在保持現(xiàn)狀水旱比(即水旱比為0.8)和水面率(即水面率為10.3%)時(shí)，排澇模數(shù)(y)與地面硬化率(x3)的線性方程見表5中方程(3)和方程(8)。

可見，排澇模數(shù)隨著地面硬化率的增加而增大，與上述的分析一致。此外，地面硬化率每增加1%，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別增加0.005 m3/(s·km2)和0.003 m3/(s·km2)。

可見排澇模數(shù)隨著水面率的增大而減小，與上述的分析一致。此外，水面率每增加1%，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.016，0.012 m3/(s·km2)。

在保持現(xiàn)狀水面率(即水面率為10.3%)和地面硬化率(即地面硬化率為32.1%)時(shí)，排澇模數(shù)(y)與水旱比(x1)的線性方程見表5中方程(5)和方程(10)。

可見排澇模數(shù)隨著水旱比的增加而減小，與上述的分析一致。此外，水旱比每增加0.1，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.004，0.003 m3/(s·km2)。

綜上所述，為了減少澇災(zāi)損失，除了增加排澇流量外，減少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除澇減災(zāi)的有效措施。并且增加水面率相對于減少地面硬化率和增加水旱比對于減輕排澇壓力的作用更明顯。

4 結(jié) 論

本文選擇四湖流域的螺山排區(qū)作為典型區(qū)，在構(gòu)建SCS-MIKE11耦合模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行排澇計(jì)算，并量化研究了土地利用方式改變對排澇模數(shù)的影響。

(1) 以2011年土地利用方式為基礎(chǔ)，在10 a一遇1 d暴雨和3 d暴雨的標(biāo)準(zhǔn)下，建立了排澇模數(shù)與水旱比、水面率和地面硬化率之間的線性關(guān)系，結(jié)果表明水旱比、水面率與排澇模數(shù)負(fù)相關(guān)，而地面硬化率與排澇模數(shù)正相關(guān)。

(2) 在10 a一遇1 d暴雨3 d排除和3 d暴雨5 d排除的標(biāo)準(zhǔn)下，在2011年土地利用方式下求得的排澇模數(shù)比1994年求得的排澇模數(shù)大，增加的比例分別為159.3%和33.6%?？梢?，由于土地利用方式的改變，即使在排澇標(biāo)準(zhǔn)不變的條件下，也必須提高排水工程的排澇能力。

(3) 在保持水旱比和水面率不變的情況下，地面硬化率每增加1%，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別增加0.005，0.003 m3/(s·km2)；在保持水旱比和地面硬化率不變的情況下，水面率每增加1%，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.016，0.012 m3/(s·km2)；在保持水面率和地面硬化率不變的情況下，水旱比每增加0.1，導(dǎo)致1 d暴雨和3 d暴雨下排澇模數(shù)分別減小0.004，0.003 m3/(s·km2)?？梢姡瑸榱藴p少澇災(zāi)損失，除了增加排澇泵站的排澇流量外，減少地面硬化率(例如采用透水路面)、增加水面率和水旱比也是除澇減災(zāi)的有效措施。

需要說明的是，本文僅考慮了1994—2011年土地利用的時(shí)間序列變化，未考慮其空間變化，而隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和人類活動影響的加劇，土地利用空間變化顯著，從而影響排澇模數(shù)計(jì)算，限于篇幅，本文未對此進(jìn)行研究。此外，在后續(xù)研究中可針對泵站增容、建設(shè)調(diào)蓄區(qū)和調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)行模擬優(yōu)選，從而更進(jìn)一步為除澇減災(zāi)措施的制定提供參考依據(jù)。

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Effects of Land-use Change on Drainage Modulus in Plain Lake AreaBased on a Coupled Hydrological and Hydrodynamic Model

LUO Wen-bing1,2, WANG Xiu-gui2, QIAO Wei1, SUN Jin-wei3, QIAN Long2, FU Hao-long1

(1.Agricultural Water Conservancy Department, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China; 2.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 3. Soil and Water Conservation Department, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China)

An SCS-MIKE11 coupled model was built to calculate the drainage moduli of plain lake area with different land-use patterns, and the effect of land-use change on drainage modulus was analyzed. Drainage measures in the background of land-use change were simulated and optimized by setting different combinations among proportions of paddy field to dry land area, water surface ratio, and ground hardening rate. The Luoshan drainage area in the Four-lake Drainage Basin in Hubei Province was selected as study area. Results revealed that the drainage modulus in 2011 was larger than that in 1994 under the same land-use pattern. According to the water logging control standards (10-year rainstorm for one day and draining for three days, 10-year rainstorm for three days and draining for five days), the drainage modulus increased by 159.3% and 33.6% respectively from 1994 to 2011. When water surface ratio and proportion of paddy field to dry land area kept unchanged, the drainage modulus under one-day rainstorm and three-day rainstorm increased by 0.005 m3/(skm2) and 0.003 m3/(skm2) respectively as ground hardening rate increased by 1%; the drainage modulus under one-day rainstorm and three-day rainstorm decreased by 0.016 m3/(skm2) and 0.012 m3/(skm2) as water surface ratio increased by 1% when ground hardening rate and proportion of paddy field to dry land area kept unchanged; the drainage modulus under one-day rainstorm and three-day rainstorm decreased by 0.004 m3/(skm2) and 0.003 m3/(skm2) as proportion of paddy field to dry land area increased by 0.1 when ground hardening rate and water surface ratio remained unchanged. Therefore, reducing the ground hardening rate by permeable pavement for example, and increasing the water surface ratio and proportion of paddy field to dry land area in addition to increasing the drainage discharge of pumping stations are effective measures of reducing waterlogging disaster loss. The research results could be used as a reference for reasonable determination of the drainage modulus and formulation of waterlogging control measures under the condition of land-use change in plain lake areas.

plain lake area; drainage modulus; land-use patterns; SCS model; MIKE11 model

2016-11-23；

2017-01-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51509010，51379153，51309106)；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD08B03)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(CKSF2016028/NS，CKSF2016039/NS ，CKSF2015024/NS)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016CFB606)

羅文兵(1986-)，男，湖北荊門人，工程師，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)田排水。E-mail:luowenbing2005_0@126.com

王修貴(1962-)，男，湖北廣水人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)田排水與水管理。E-mail:wangxg@whu.edu.cn

10.11988/ckyyb.20161226

TV93；S276.1

A

1001-5485(2018)01-0076-06

(編輯：姜小蘭)