亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        土地利用變化對云龍水庫流域徑流的影響

        2021-09-26 06:34李琳靜王大雙
        關(guān)鍵詞:云龍徑流水文

        劉 磊,鄒 進*,陳 欣,李琳靜,王大雙

        (1.昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院,云南 昆明 650500;2.云南省水利水電勘測設(shè)計研究院,云南 昆明 650021)

        近年來,隨著社會的不斷發(fā)展,人類活動不同程度地影響著水文循環(huán)和水量的空間分布,不合理的土地利用加大了水資源開發(fā)利用的難度,降低了水資源利用率。研究土地利用變化對徑流的影響成了國內(nèi)外研究的熱點問題之一。土地利用/覆被的變化直接反映了人類活動的影響程度,其對水循環(huán)過程的影響將導(dǎo)致水資源供需關(guān)系發(fā)生變化,進而對流域的生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響[1]。選取合適的水文模型研究土地利用變化對徑流的影響尤為重要。在眾多的水文模型中,分布式水文模型的參數(shù)和輸出結(jié)果容易與GIS結(jié)合,可以靈活地設(shè)置土地利用變化情景,模擬不同土地利用變化情景下的水文響應(yīng)[2]。其中,SWAT模型(soil and water assessment tool, SWAT)是國內(nèi)外應(yīng)用比較多的水文模型,原因是SWAT模型能夠考慮各種管理措施及氣候變化對水資源的影響,具有廣泛的模擬預(yù)測能力;而且它具有公開的源代碼,用戶可以根據(jù)實際需要對模型提出改進[3]。目前,SWAT模型的有效性在許多研究中得到了充分證明[4-9],但對于一些小尺度流域,運用模型來研究變化環(huán)境下各水文要素的響應(yīng)相對較少。云龍水庫雖然是小尺度流域,但其承擔(dān)著昆明市總供水的70%,土地利用變化引起的水量、水質(zhì)變化會對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重大影響。為此,本文以云龍水庫流域為例,建立SAWT模型分析不同的土地利用對該地區(qū)徑流的影響,研究結(jié)果可為該地區(qū)水資源保護與管理提供參考。

        1 研究區(qū)概況

        云龍水庫位于昆明市祿勸縣云龍鄉(xiāng)和撒盤營鎮(zhèn)境內(nèi),徑流區(qū)總面積為757.6 km2,屬于金沙江水系二級支流掌鳩河中上游地區(qū)。研究區(qū)域介于東經(jīng)102°16′7″~102°35′33″,北緯25°43′34″~26°7′43″之間,地勢北高南低,流域東北部和西北分水嶺海拔高程多在2 700~3 100 m,多年平均氣溫為10.2~13.8 ℃,年平均降雨為1 007~1 200 mm。流域內(nèi)有3條主要支流:石板河、老木河、水城河,其中石板河是最大一條支流,河流總長55.6 km。研究區(qū)內(nèi)有2個水文控制站點:雙化站和云龍站,本文選取云龍站以上流域作為研究區(qū)域,利用ArcGIS的水文分析模塊對數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,提取了研究區(qū)的流域邊界。研究區(qū)位置示意如圖1所示。

        圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

        2 模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備與構(gòu)建

        2.1 SWAT模型輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備

        2.1.1數(shù)字高程模型

        通過BIGEMAP地圖下載器下載分辨率為4.3 m的柵格圖,用ArcGIS加載下載柵格數(shù)據(jù),投影后掩膜裁剪得到的研究區(qū)的DEM圖,如圖2所示。

        圖2 研究區(qū)DEM圖Fig.2 DEM diagram of the study area

        2.1.2土地利用數(shù)據(jù)

        土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)技術(shù)中心提供的2000、2010和2020年的土地利用柵格圖,柵格分辨率為25 m。以2010年的土地利用圖構(gòu)建模型,進行投影、裁剪和重分類等操作,建立相應(yīng)的土地利用索引表(格式為dbf),得到模型對應(yīng)的土地利用編碼和面積,見表1。

        表1 SWAT模型對應(yīng)的土地利用編碼及各土地利用面積Tab.1 Land use codes and land use areas of SWAT model

        2.1.3土壤類型數(shù)據(jù)

        本文采用的數(shù)據(jù)來源于寒旱區(qū)科學(xué)大數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn)基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集(v1.1)。本文研究土地利用變化對徑流的影響,只構(gòu)建土壤物理屬性數(shù)據(jù)庫,不用考慮化學(xué)屬性。土壤數(shù)據(jù)庫的大多數(shù)參數(shù)都可以在HWSD文檔中查到,其他參數(shù)如土壤層有效持水量、土壤濕密度、飽和水力傳導(dǎo)系數(shù)由 SPAW 軟件計算可得;土壤侵蝕因子k可由通用方程計算獲??;土壤水文學(xué)分組可以根據(jù)土壤的滲透性分為4類水文單元;其他難以獲取的參數(shù)均采用模型默認值。研究區(qū)土壤類型圖如圖3所示。

        圖3 土壤類型圖Fig.3 Soil type map

        2.1.4氣象數(shù)據(jù)

        SWAT模型所需的氣象數(shù)據(jù)由實測數(shù)據(jù)和天氣發(fā)生器推算數(shù)據(jù)構(gòu)成,氣象參數(shù)約160個,其中,溫度、降雨量、風(fēng)速、太陽輻射、相對濕度為模型所必須的氣象參數(shù)。研究區(qū)降雨數(shù)據(jù)采用云龍站和雙化站2008—2018年的逐日降雨資料,太陽輻射、相對濕度等部分數(shù)據(jù)缺乏實測資料,采用寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的中國氣同化驅(qū)動數(shù)據(jù)集(CMADSV1.2)補充。根據(jù)孟現(xiàn)勇[10-11]、張利敏[12]等研究,該數(shù)據(jù)集在我國適用性較好。

        2.2 SWAT模型構(gòu)建及參數(shù)率定與驗證

        模型所需的數(shù)據(jù)輸入后即可運行模型。模型在進行子流域劃分時,根據(jù)不同的土地利用、土壤類型和坡度類型將每一個子流域劃分為多個水文響應(yīng)單元(hydrologic response units,HRUs)。將土地利用面積、土壤面積、坡度的閾值設(shè)置為5%、5%和10%,共得到21個子流域,246個水文響應(yīng)單元。

        云龍水庫2008—2018年的實測月徑流資料中,以2008—2009年為預(yù)熱期,2010—2014年為率定期,2015—2018年為驗證期,對模型的結(jié)果進行率定和驗證。

        采用SWAT-CUP軟件中的SUFI-2方法進行模型參數(shù)的率定,它可以考慮引起參數(shù)不確定性的所有因素[13]。本文選取13個敏感性較強的參數(shù)[14],進行400次迭代,最終迭代186次得到最佳參數(shù)值。

        2.3 模型結(jié)果評價

        本文主要選取確定性系數(shù)R2和納什系數(shù)(Ens)[15]這2個參數(shù)來進行模擬適應(yīng)性評價。

        (1)

        (2)

        確定性系數(shù)R2反映了模擬值與實測值的吻合程度,納什系數(shù)Ens用來評價模擬過程和觀測過程的擬合程度,兩者的值越接近于1,模擬結(jié)果越好。模型最終得到率定期R2=0.80,Ens=0.75,驗證期R2=0.82,Ens=0.88,模擬結(jié)果達到較好的標(biāo)準(zhǔn)。率定期與驗證期的模擬結(jié)果如圖4所示。

        圖4 云龍水庫月均流量實測值與模擬值比較Fig.4 Comparison of measured and simulated monthly average flow values in Yunlong Reservoir

        3 結(jié)果與分析

        3.1 土地利用變化分析

        根據(jù)研究區(qū)邊界對研究區(qū)2000年、2010年和2020年三期土地利用遙感數(shù)據(jù)進行裁剪、重分類等操作后得到研究區(qū)土地利用矢量圖(圖5),之后進行融合、相交等操作,并結(jié)合Excel分析土地利用變化趨勢。研究區(qū)不同時期的土地利用變化情況見表2,土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表3。

        圖5 研究區(qū)三期土地利用圖Fig.5 Land use map of three periods in the study area

        表2 不同時期土地利用變化情況Tab.2 Land use change in different periods

        表3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Land use transfer matrix

        由表2可以看出:2000年、2010年和2020年,云龍水庫流域的土地利用類型主要是林地,面積平均占比為58.23%;其次是耕地和草地,面積平均占比分別為24.75%、13.91%;水域面積的平均占比為2.78%;城鄉(xiāng)用地面積占比最小。

        由表3可以看出:增加的城鄉(xiāng)用地主要源于耕地和草地的轉(zhuǎn)變,分別轉(zhuǎn)變了5.06 km2和0.24 km2;減少的耕地主要轉(zhuǎn)化成了林地、草地和城鄉(xiāng)用地,轉(zhuǎn)化面積分別為11.43 km2和14.59 km2和5.06 km2;轉(zhuǎn)化的水域面積較小;增加的草地面積主要來源于耕地和林地轉(zhuǎn)變,分別轉(zhuǎn)變了14.95 km2和29.02 km2。

        3.2 土地利用情景設(shè)置

        研究設(shè)立了2種土地利用情景模式對云龍水庫流域徑流的影響。

        1)已有土地利用變化情景(L1、L2、L3)

        在已經(jīng)率定的模型基礎(chǔ)上,加載2000、2010、2020年的土地利用柵格數(shù)據(jù),其他數(shù)據(jù)參數(shù)不變,研究2000年(L1)、2010年(L2)、2020年(L3)不同時期土地利用變化對徑流的影響。

        2)極端土地利用變化情景(S1、S2、S3)

        研究區(qū)林地、耕地和草地的面積之和占總面積的96%以上,另外,云龍水庫周邊為水資源保護區(qū),設(shè)立極端土地利用情景具有一定的現(xiàn)實意義。在2010年土地利用柵格數(shù)據(jù)背景下:S1,保持水域和城鄉(xiāng)用地面積不變,把林地和耕地轉(zhuǎn)化為草地;S2,保持水域和城鄉(xiāng)用地面積不變,把草地和耕地轉(zhuǎn)化為林地;S3,保持水域和城鄉(xiāng)用地面積不變,把草地和林地轉(zhuǎn)化為耕地。

        3.3 不同土地變化情景下的徑流模擬

        加載設(shè)立的6種土地利用圖,保持土壤、天氣數(shù)據(jù)和其他參數(shù)不變,運行模型,得到不同情景下的年平均徑流量,見表4。由表4可知:①以2000年(L1)為基準(zhǔn)年,L3年平均徑流量增加了0.03%,增加幅度不大。其原因一方面是草地和城鄉(xiāng)用地面積的增加,林地與耕地面積在減少,兩種情況引起的徑流增減相互補償;另一方面是云龍水庫流域植被覆蓋程度高,變化的土地面積占有量小,導(dǎo)致徑流變化不明顯。②在極端土地利用情景下,年平均徑流量S3>S1>S2;以2000年(L1)為基準(zhǔn)年,S1、S2、S3的年平均徑流量分別變化了-0.96%、-5.83%、5.98%,表明耕地有增加徑流的作用,林地和草地有減少徑流的作用,且林地減少徑流的效果更明顯。

        表4 不同情景下的年平均徑流量及變化率Tab.4 Average annual runoff and rate of change under different scenarios

        圖6為三個時期(L1、L2、L3)月均徑流變化情況。由圖6可知:三期土地利用情景下的月均徑流變化基本一致,6—10月的月均徑流約占全年的66%,占比較大;11—5月的月均徑流占比較小。三期的徑流在同一月份無明顯變化。

        圖6 三期土地利用月均徑流模擬結(jié)果Fig.6 Simulation results of monthly runoff of land use in three periods

        表5為不同土地利用情景下主要水文要素響應(yīng)。由表5可知:在L1、L2和L3土地利用情景下,近20 a來各水文要素沒有太大變化,表明研究區(qū)水量保持相對穩(wěn)定;與現(xiàn)狀年L3的水文要素相比,S1、S2和S3的蒸發(fā)變化不大。對于土壤水滲透量,S2時增加了13.8%,S1和 S3時分別減少了18.2%和36.7%;對于地表徑流,S2時減少了42.4%,S1和S3時分別增加了22.6%和139.2%;對于地下徑流,S2時增加了14.2%,S1和S3時分別減少了18.3%和37.9%;對于產(chǎn)水量,S1和S2時分別減少了6%和1.1%,S3時增加了9.9%。

        表5 不同土地利用情景下主要水文要素的響應(yīng) 單位:mm

        由此可見,草地和耕地全部轉(zhuǎn)化為林地時,土壤水滲透量增加,地表徑流顯著減少,地下徑流增加,產(chǎn)水量減少;林地和耕地全部轉(zhuǎn)化為草地時,由于現(xiàn)狀林地面積占比較大,退化后導(dǎo)致土壤水滲透量減小,地表徑流增大,產(chǎn)水量減少;草地和林地轉(zhuǎn)變?yōu)楦貢r,土壤水滲透量最小,地表徑流最大,產(chǎn)水量最多,水土流失最為嚴重。從總體來看,在土地利用變化時,各水文要素變化最顯著的是地表徑流,其次是土壤水滲透量和地下徑流,蒸發(fā)的變化最小。

        4 結(jié)論

        1)建立了云龍水庫流域月徑流模擬模型,模型的率定期和驗證期的確定性系數(shù)R2和納什系數(shù)Ens都高于0.75,說明SWAT模型在云龍水庫流域具有較好的適應(yīng)性。模型構(gòu)建時,天氣數(shù)據(jù)采用了中國大氣同化驅(qū)動數(shù)據(jù)集(CMADSV1.2),說明該數(shù)據(jù)產(chǎn)品在缺資料地區(qū)的可行性,可為其他缺資料小尺度流域徑流模擬提供參考,此結(jié)論與田揚等[16],張春輝等[17]的研究結(jié)論一致。

        2)在2000—2020年期間,云龍水庫流域耕地和林地面積分別減少6.85 km2和3.02 km2;草地和城鄉(xiāng)用地面積分別增加4.60 km2和5.26 km2,城鄉(xiāng)用地面積增加最為明顯;水域面積變化不大。

        3)2020年較2000年年均徑流增加了0.03%,變化不大,月徑流以及各水文要素?zé)o明顯變化,說明云龍水庫流域總水量趨于穩(wěn)定。極端土地利用情景模式下的年平均徑流量S3>S1>S2,表明耕地有增加徑流的作用,林地和草地有減少徑流的作用,而且林地減少徑流的效果更明顯。

        4)各水文要素變化最顯著的是地表徑流,其次是土壤水滲透量和地下徑流,蒸發(fā)的變化最小。林地能增加滲漏,減少地表徑流,具有蓄水保水的作用。把林地轉(zhuǎn)化為草地和耕地時都會增大地表徑流,造成水分流失,且耕地造成的水分流失更嚴重。加強流域的水源保護至關(guān)重要,應(yīng)合理優(yōu)化土地利用,減少水土流失。

        在模型構(gòu)建時,因水庫建設(shè)、取用水等人為因素導(dǎo)致的模型不確定性沒有進行詳細分析,且輸入數(shù)據(jù)的精度對徑流模擬結(jié)果會造成一定的影響,這些不足在后續(xù)的研究中應(yīng)當(dāng)加以考慮;庫區(qū)一級水源保護區(qū)內(nèi)實行移民搬遷,原有的城鎮(zhèn)用地和農(nóng)業(yè)用地會朝著草地和林地轉(zhuǎn)換,單一的假設(shè)情景法存在主觀性和經(jīng)驗性,在今后的研究中應(yīng)該考慮未來的氣候和土地利用變化對徑流的影響。

        猜你喜歡
        云龍徑流水文
        解云龍
        流域徑流指標(biāo)的構(gòu)造與應(yīng)用
        丁云龍:公益路上顯大愛
        數(shù)字時代下大數(shù)據(jù)財務(wù)人才培養(yǎng)研究
        基于SWAT模型的布爾哈通河流域徑流模擬研究
        發(fā)展水文經(jīng)濟 增強水文活力
        淺談水文檔案的價值和開發(fā)利用
        西南岔河徑流特性實例分析
        蘇云龍作品
        江西省水文文化建設(shè)的思考
        在线观看免费a∨网站| 国产一区二区三区三区四区精品| 国产乱对白刺激视频| 青草国产精品久久久久久| 国产v综合v亚洲欧美大天堂 | 亚洲中文字幕乱码免费看| 麻豆精品国产专区在线观看| 成人午夜福利视频镇东影视| 久久国产精彩视频| 久久国产劲爆内射日本| 国产在线一区二区三精品乱码| 亚洲av午夜国产精品无码中文字| 国产啪精品视频网给免丝袜 | 中文无码伦av中文字幕| a国产一区二区免费入口| 狠狠色欧美亚洲综合色黑a | 免费无码又爽又刺激聊天app| 精品久久综合一区二区| 国产黄片一区二区三区| 在线播放五十路熟妇| 精品人妻系列无码一区二区三区| 人妻中文字幕不卡精品| 中文字幕亚洲精品在线免费| 无码aⅴ免费中文字幕久久| 国产精品一区二区在线观看99| 日韩女同一区在线观看| 久久久久人妻精品一区二区三区 | 婷婷第四色| 日本在线观看三级视频| 成人欧美一区二区三区在线观看| 亚洲av日韩av无码av| 漂亮的小少妇诱惑内射系列| 精品少妇一区二区三区免费| 精品欧洲av无码一区二区| 自拍 另类 综合 欧美小说| 精品国产av一区二区三四区| 风情韵味人妻hd| 老熟女多次高潮露脸视频| 亚洲中文字幕高清视频| 亚洲一区在线观看中文字幕| 亚洲国产无套无码av电影|