土地利用变化对牤牛河流域径流的影响

土地利用变化对流域水资源配置及其循环过程有显著的影响,了解土地利用与径流的关系是流域水文学研究的重要内容。以牤牛河流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,并采用极端土地利用分析方法,对流域土地利用变化的径流响应进行定量研究与分析。结果表明:流域内1998年与2009年土地均以耕地、林地、未使用地为主,约占总面积的90%;相同的气象条件下,两期土地利用情景下年、月均径流量变化趋势一致,2009年土地利用情景下的年、月径流量较1998年略小,年均径流量减少605.5万m3;7,8月份月径流模拟减少量明显;土地植被覆盖度增大径流量减小,反之则增大;在极端土地利用情景下,径流量将发生剧烈变化。因此,在不考虑研究期间内气候变化等因素的条件下,土地利用变化是影响流域径流变化的主要因素。     

气候变化及人类活动对东江流域径流影响的贡献分解研究

基于东江流域两期(1980年和2000年)土地利用现状图和主要水文气象站1956—2009年气象和径流时间序列,选择土地利用变化程度从小到大的3个子流域,建立了气候变化及人类活动对流域径流影响的贡献分解方法,运用改进的SCS月模型进行径流模拟,以揭示气候变化及人类活动对流域径流量的影响。结果表明:(1)东江流域在1980—2000年期间,土地利用发生了显著变化,具体表现在1980年和2000年的两期CN等值线的空间分布特征上;(2)SCS月模型于东江3个子流域径流模拟均能满足一定精度要求,各子流域土地利用变化越显著,则径流改变量越大;(3)相对于基准期(1970—1978年),1980—2000年各子流域径流量的改变表现为不同程度的增加或减少;不同子流域土地利用及气候变化对径流的改变作用各不相同,均分别起到增加和减少径流作用;总体而言,各子流域中气候变化和人类活动对径流影响的分量基本相当,岳城、顺天和蓝塘3个子流域土地利用变化对径流影响的贡献率分别为19.54%、24.11%和29.94%。     

岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应

为探究岷沱江流域径流对气候和土地利用变化的响应,构建了岷沱江流域SWAT分布式水文模型,并采用情景分析方法从时空尺度上定量分析了1981-2014年间岷沱江流域气候和土地利用变化对径流量的影响。结果表明:SWAT模型在岷沱江流域适用性较好,可用模型模拟流域径流;气候和土地利用变化均引起流域径流量减少,且气候变化的影响强度显著大于土地利用变化的影响强度,气候和土地利用变化分别对流域内大渡河和沱江径流量影响最大;仅考虑气候变化,流域径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系,气候变化对流域内大渡河径流量影响最大;仅考虑土地利用变化,将流域坡度25°以上耕地转化为林地和坡度15°～25°之间的耕地转化为草地,均会引起流域径流量的微弱减少,分别对流域内大渡河和岷江径流量影响最大,而将全部林地转化为草地则会导致流域径流量的微弱增加,大渡河径流量增加最大。     

土地利用变化对东江流域产流过程影响的定量评估

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域的水文过程进行了模拟,并分别采用1990年、2000年、2009年土地利用数据驱动模型,定量评价东江流域1990—2009年土地利用变化对流域水文过程产生的影响。结果表明:(1)流域出口月径流模拟率定期确定性系数R2为0.89,Nash-Sutcliffe效率系数ENS为0.87;验证期R2为0.88,ENS为0.87,东江流域SWAT模型径流模拟精度较高;近年来流域林地、草地面积减少,园地、城镇用地、水域面积增加。(2)在此影响下,东江流域单位面积侧向流降低了9.66 mm、基流降低了4.86 mm,地表径流增加了8.26 mm、实际蒸发增加了6.40 mm、潜在蒸发增加了4.40 mm;径流总量共减少了6.38 mm。(3)地表径流、侧向流对土地利用变化的响应在雨季更为敏感,实际蒸发、潜在蒸发及径流总量对土地利用变化的响应在旱季更为敏感。     

土地利用类型变化对张峰水库上游径流影响

通过变化不同时期土地利用图,研究变化环境下张峰水库上游研究区的水文响应。采用历史反演法,对比分析流域在固定其他条件下,比较2000年土地利用与1990年土地利用下径流变化。由于本流域洪水过程一般在三天之内,因此选用最大一天和连续三天的径流量进行研究,同时从月、年尺度对径流总体变化情况进行探讨。     

土地利用变化对汾河流域典型区域径流影响模拟研究

利用气象水文基础数据及土地遥感等数据,基于统计学及水文模型分析了土地利用变化对汾河流域典型区域径流的影响,定量模拟和分析了典型区域1978、1998、2010年土地利用变化遥感数据下径流变化。结果表明:(1)静乐站控制断面以上土地利用发生了明显的变化,耕地面积2010年相比1978年减少了181.06 km~2,而林地和草地分别增加了160.22 km~2和20.22 km~2;(2)土地利用变化对径流量产生影响,1978、1998、2010年3期土地利用分析结果和径流模拟结果表明林地和草地相对于耕地可以减少径流量;(3)土地利用变化对径流的影响受降水条件的影响,降雨量越大,土地利用变化对径流的减少越明显,在未来土地类型规划中,应考虑降水条件和土地利用变化对径流的影响,合理布局土地利用方式。     

不同气候情景下土地利用变化对径流 系数影响研究

本文研究了3种气候情景下流域土地利用变化对径流系数的影响;即应用SWAT ( Soil and Water Assessment Tool)模型分别对1980年、1995年和2000年的土地利用建模,然后进行了 3种气候条件和3种土地利用9种组合情景的径流模拟分析,并对相应径流系数的变化进行了对比。结果表明:土地利用变化对流域产汇流有一定的影响,且降水条件不同,土地利用对径流量和径流系数的影响亦不同,其中在比较干旱和接近正常降水条件下,径流量和径流系数对林地的减少比较敏感。     

基于SWAT模型的浏阳河流域径流对土地利用和气候变化的协同响应

气候和土地利用同时作用于流域径流,影响着流域水资源的量和质。以浏阳河流域为例,基于SWAT模型和情景分析方法定量评估未来流域内土地利用和气候变化对径流的作用。首先采用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟浏阳河流域2020和2050年的土地利用空间格局,其次在World Clim数据库中获得未来流域内气候变化数据,最后采用SWAT模型定量评估未来不同情境下土地利用和气候变化对径流的影响。研究结果表明:未来浏阳河流域林地比例下降、城市建设用地和耕地比例增加;气候呈暖干趋势; 2020和2050年,土地利用变化时,浏阳河榔梨站模拟径流将分别减少2. 42和0. 96 m~3/s;气候变化时,榔梨站模拟径流将分别减少3. 02和1. 13 m~3;土地利用和气候变化综合影响下,榔梨站模拟径流将分别减少8. 54和4. 27 m~3/s;说明浏阳河流域径流的变化对气候响应更加敏感,土地利用和气候变化对径流的影响呈非线性协同作用。     

1990—2013年湖南四水入洞庭湖汛期径流量的变化规律

根据湖南四水(湘江、资水、沅江、澧水)主要代表水文站1990—2013年汛期月径流量实测数据,应用滑动平均法、小波分析法和Mann-Kendall非参数趋势检验法、分配不均匀系数和变化幅度等方法和指标,分析四水流域汛期径流量的年际和年内变化规律,对汛期内分配指标与湖南省水旱灾害状况进行了灰色关联度分析。结果表明:1湖南四水入洞庭湖汛期径流量年际分配极不均匀,入湖汛期径流量呈现逐渐减少的趋势。2湘潭站和桃江站的第一主周期均为6 a,桃源站和石门站的第一主周期均为4 a。3桃江站和桃源站分别于2003年和2004年发生了突变,湘潭站和石门站均未发生过突变。4四水入湖径流量在汛期内各月之间分配极不均匀,但随时间的推移,逐渐趋向均匀;汛期内各月径流量呈现波动递减的趋势;4站各项分配指标值总体上呈现下降的趋势。5四水入湖径流量汛期内分配特征指标与流域水旱灾害的灰色关联度极高,并在一定程度上反应流域汛期水旱灾害情况。     

东洋河流域土地利用及气候变化对径流的影响

为分析东洋河流域土地利用与气候变化对径流的影响,选用SWAT分布式水文模型,通过情景分析法模拟变化环境下流域的径流响应。结果表明:①SWAT模型在东洋河径流模拟过程中具有较好的适用性且不确定性较小。②按现有土地利用和气候变化趋势,单一因子和共同作用对径流均有削减作用(即水文负效应),将会造成下游用水形势更加严峻,并影响整个洋河流域的生态环境。③未来气候变化情景中,径流量与降雨变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。④极端土地利用情景中,增加耕地和林地使年均径流量减少,增加草地使径流量增加。⑤影响未来流域年均径流的主要因素是气候变化,土地利用变化的影响相对较弱。土地利用的变化对调蓄径流有一定作用,可缓解气候变化带来的水文负效应,有助于流域水资源的科学管理。     

变化环境下嫩江富拉尔基站径流响应

以嫩江富拉尔基断面以上流域为研究区,分别采用统计方法和模型方法,评价土地利用变化和尼尔基水库运行对径流变化的影响,并分析两者综合影响下径流的变化趋势。结果表明:尼尔基建库前后流域土地利用变化不明显,而下游径流变化明显,水库对径流变化的影响更大;SWAT模型适用于研究区径流模拟,水库运行、土地利用变化对径流变化的影响分别占92.86%和7.14%;相同降水和水库运行条件下,1990—2020年土地利用变化具有使年径流量先减少后增加的效应,水库运行对径流的年内分配有显著影响。     

汾河上游土地利用变化对径流的影响研究

为研究土地利用变化对流域径流的影响,以汾河上游为研究区,利用1951—2016年的水文气象资料,结合不同土地利用类型的时空变化特征,进行SWAT模型的构建,设置1978年、1998年和2016年3种土地利用情景,模拟土地利用变化与径流的关系。结果表明:模型在研究区具有很好的适用性,可以精确地模拟汛期月径流量及全年径流量,年平均径流量呈下降趋势;1978—2016年研究区林草面积占比显著提高,农用地面积占比呈下降趋势;土地利用变化使汛期径流量、最大月径流量减小以及汛期径流系数减小。     

巢湖流域土地利用变化对雨洪调蓄能力的影响

为探究土地利用结构变化对雨洪调蓄能力的影响,以1980—2020年巢湖流域的土地利用数据和土壤数据为基础,采用GIS和SCS模型相结合的方法,分析了不同时期不同降雨尺度下巢湖流域径流产生及分布情况。结果表明：1980—2020年巢湖流域土地利用变化主要表现为建设用地的增加及耕地和林地的减少;流域土地利用综合指数持续增长,其中高强度土地利用区面积从127 km²增长到了1 624 km²。1980—2020年渗透性差的地区从1 706.0 km²增加到了2 398.1 km²,以城市区域扩张为主。2020年相较于1980年,在不同土地利用条件下,相同降雨量时径流量明显增大,且主要在巢湖流域的合肥地区,而在增加降雨量时,径流量的增加幅度逐渐减小,在不同降雨量条件下(日降雨量为50、100、250 mm)径流量分别增大了6.11%、2.61%和0.96%。因此可以得出土地利用变化是导致径流量变化的主要因素,降雨量是次要因素。研究结果可为巢湖流域城市规划及城市雨洪风险管理提供参考。     

SWAT模型在土地利用变化对水资源的影响研究

土地利用变化直接反应了人类活动,对水资源循环过程影响十分显著,以乌伦古河流域二台水文站上游集水区构建SWAT模型并模拟径流,利用1986年、2000年和2010年三期土地利用图设置三种土地利用情景,模拟研究区径流量,同时定性的分析土地利用变化对径流的影响,3种情景模拟结果表明:土地利用变化对径流的影响较大,主要原因在于流域土地利用开发导致下垫面产流特征的变化。     

土地利用变化对潘家口水库控制流域径流影响

以潘家口水库控制流域为研究对象,利用1970、1980、1995和2010年4期土地利用数据分析土地利用时空变化特征,并结合SWAT模型从水文响应单元的角度,分析土地利用变化对流域径流变化及其空间分布的影响。结果表明:土地利用类型变化主要表现为水域减少,林地增加及草地、耕地减少,以及建设用地的扩张;2010年土地利用情景下研究区域中滦河、伊逊河、武烈河与老牛河4个子流域多年平均径流量平均减少6.36%。耕地及草地向林地的转化导致产流量减少,蒸发量增加是径流量减少的主要原因。单纯土地利用变化对潘家口入库径流影响并不大,上游中小水库、塘坝等工程的修建,及工农业和城市用水量的增加等是影响径流变化的主要原因。     

基于SWAT模型的干旱绿洲灌区径流模拟研究

为研究干旱绿洲灌区的径流变化规律,采用1955—2017年的中国大气同化数据集(CMADS)、传统水文气象站数据、土地利用数据、土壤数据、数字高程数据,构建了基于SWAT的焉耆盆地分布式水文模型。并应用SUFI-2(Sequential Uncertainty Fitting)算法分析参数的敏感性,使用SWAT-CUP(SWAT Calibration Uncertainty Procedures)软件对影响径流模拟结果的几个重要参数进率定,利用1991—2017年的实测径流量进行模型验证。结果表明:新疆焉耆盆地长时间尺度下径流的模拟值与实测值吻合良好,模型率定期和验证期的纳什系数NES均在0.82以上,皮尔逊相关系数R~2分别为0.86和0.90,相对误差■小于10,由此表明该SWAT模型在焉耆盆地的适应性良好。基于此,模拟了RCP4.5和RCP8.5情景下焉耆盆地从现状年到2100年的径流变化,结果表明开都河流域的降水量变化对焉耆盆地的径流量影响显著,即在降水量增加20%,温度升高2℃时,径流量较现状年增加了26.53%。     

湘江流域年径流序列的频谱分析

利用频谱分析法对湘江流域控制性水文站鲤鱼塘站的年径流序列进行了计算与分析。频谱分析的资料预处理包括平稳性检验、谐波模式检验、序列的中心化、标准化等;计算得到湘江流域年径流量存在约22.5 a、4.5 a和6.4 a的周期。频谱分析方法求得的年径流量周期与小波理论进行的年径流时间序列多时间尺度分析结果基本一致。     

基于Budyko假设的汉江流域径流变化归因

利用1964—2015年汉江流域气温、降雨和径流等资料,采用线性倾向估计与滑动平均法分析白河和沙洋站水文气象要素的变化趋势,通过Mann-Kendall检验和Pettitt检验确定2个站径流序列的突变年份,基于Budyko水热耦合平衡理论,计算径流量对各影响因子的弹性系数,并采用互补关系法进行归因分析。结果表明：白河与沙洋站年径流量均呈现下降趋势,变化速率分别为-2.797 mm/a和-1.875 mm/a,并在1991年发生突变;白河与沙洋站变化期（1992—2015年）径流对降雨、潜在蒸散发和下垫面的弹性系数分别为1.79、-0.79、-0.64和2.07、-1.07、-0.71,表明2个站的径流量均对降雨最为敏感,[JP]对下垫面最不敏感;下垫面变化是汉江流域径流量减少的主要因素,其对白河、沙洋站径流量变化的贡献量分别为74.67%、76.37%;变化期的NDVI较基准期整体增加,植被变化是导致汉江流域径流量整体下降的重要原因。     

基于小波变换的红河年径流时间序列趋势分析

以红河流域上游的大东勇站、中游的元江站和下游的蛮耗站为例,基于各站建站以来的年径流资料,运用趋势检验和小波分析方法分析了红河流域径流的变化趋势,揭示了红河流域径流的演变规律。研究结果表明:红河流域上、中、下游的年径流序列呈下降趋势,下降趋势不显著;红河流域上、中、下游各站的年径流序列的主周期尺度并不一致,流域上、中、下游年径流序列随着主周期时间尺度的降低,发生突变的年会不断增加,对径流变化的敏感性也增强;流域上、中、下游年径流序列小波系数等值线分布不太密集,但是存在明显的小波系数高低值中心震荡,流域内年径流量在不同的时间周期尺度范围均存在多个"丰枯"交替。     

秃尾河流域年径流变化特性分析

对流域径流的变化规律进行准确地分析及合理地预测对流域水资源的合理开发、水利工程的建设以及社会经济的发展具有重要的指导意义。利用Mann-Kendall秩次相关检验法和小波分析理论对秃尾河流域的径流变化规律进行分析研究,并建立BP神经网络模型对径流变化进行预测分析。结果表明:秃尾河流域年径流量变化总体上有明显的下降趋势;从小波系数图可以看出年径流过程主要存在2年、8年和19年左右的变化周期,其中19年左右时间尺度为第一主周期,同时发现目前年径流处在枯水期后期,水量有转向增加的趋势;采用BP神经网络法对秃尾河流域高家川站年径流量进行预测,预测结果相对误差仅为5.92%,说明所建立的BP神经网络模型用于该流域的年径流预测得精度较高,是一种有效地年径流预测方法。