基于SWAT模型的湟水流域蓝绿水与不同土地利用类型的绿水差异研究

蓝绿水的时空分布直接关系到一个地区的水资源与粮食安全。本文利用SWAT分析了1981-2000年间蓝绿水随时间的变化规律以及不同土地利用类型绿水分异规律。研究表明:1981-2000年间湟水流域蓝绿水均来源于降水,绿水资源约为蓝水的3.8倍;年均绿水流在不同的土地利用类型中差异明显,农业用地最大,居民用地最小;绿水贮存量较为丰富的是湿地和中低覆盖度的草甸;选取1981-1985年和1996-2000年分别为研究的前期和后期,得到农业用地的绿水流、绿水贮存变化量与作物生长周期和管理条件密切相关。     

赣江流域蓝水绿水资源时空变化分析

在当今的水资源管理中,分析评估气候变化下流域内蓝水、绿水资源的时空变化情形,能为维持生态系统稳定、保障社会经济的发展提供依据.本文利用SWAT模型模拟了赣江流域1960～2013年的水文循环过程,基于趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了流域内蓝水及绿水资源的时空变化情况.在空间上看,赣江流域内蓝水及绿水资源多呈上升趋势,只有流域西部、中部少数地区绿水流和蓝水流有下降的倾向,绿水储量在整个流域内都呈现出了显著的上升趋势(P<0.05).在整个流域尺度上,蓝水与绿水资源在过去50年间都呈现出上升趋势,蓝水流、绿水流、绿水储量的变化倾向率分别为11.3mm/10a、4.87mm/10a、16.4mm/10a,其中绿水流、绿水储量自20个世纪90年代后的上升趋势非常显著(P<0.05),而蓝水流则在最近20年间呈现出略微的下降趋势,在未来规划管理中应考虑人类活动取用水对水资源量的影响.     

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。     

拉萨河流域径流对土地利用和气候变化的响应分析

拉萨河流域处青藏高原中南部,因其独特的地理位置是对气候变化较为敏感的区域之一,同时也是青藏高原人口和耕地较为密集区域.在建立SWAT模型对拉萨河流域水循环过程进行模拟的基础上,通过设置不同气候情景与土地利用状况,分析近30 a来拉萨河流域径流变化的成因,并研究径流对气候因子变化的敏感性.结果表明:①气候变化与土地利用对...     

土地利用变化和气候变化对温榆河上游流域径流变化的影响

土地利用和气候是直接影响流域水文水资源的两个主要因素,其影响分离的研究对流域的土地利用规划和水资源管理具有重要意义。以温榆河上游流域为研究对象,在统计分析1980-2014年流域气象因子、土地利用变化趋势的基础上,通过SWAT模型模拟与情景设计相结合的方法,评估了气候变化和土地利用变化对温榆河上游径流变化的影响。结果表明,SWAT模型在温榆河上游流域模拟效果良好,率定期和验证期的决定系数R2分别为0.80、0.77,纳什系数Ens分别为0.79、0.74。流域降雨量和气温呈递增趋势,林地和耕地减少,城乡及工矿和居民用地增加,草地在1995年到2005年间增加,这些变化综合影响了流域的径流变化,使得径流先增加后减少。其中气候变化的贡献率为100.46%,土地利用变化的贡献率为2.09%,气候变化的影响远远大于土地利用变化的影响。因此,如何应对气候变化在温榆河上游流域水资源管理工作中值得重视。     

水稻免耕对流域蓝绿水的影响

研究水稻免耕的水文效应对免耕技术的推广和农业可持续发展具有重要意义。然而,以往研究主要在站点尺度上,尚未阐明免耕对流域蓝绿水的影响。以湘江流域为试验区,利用2000年的土地利用、数字高程、土壤数据、农业管理数据和2000—2018年的气象数据驱动SWAT水文模型,模拟了水稻免耕对流域年蓝水(产水量+深层地下水补给量)和绿水(实际蒸散发+土壤含水量)的影响。研究结果表明:和传统耕作相比,水稻免耕引起深层地下补给量下降了5.62%,比产水量的高5.35%。但是蓝水的变化主要归因于产水量的变化,产水量对蓝水变化的贡献为72.46%。水稻免耕引起流域绿水流(实际蒸散发)减少了8.460×10~7 m~3,但绿水库(土壤含水量)的增加(14.543×10~7 m~3)抵消绿水流的减少,最终导致绿水总量增加。因此,水稻免耕影响蓝绿水的分配主要通过改变产水量和土壤含水量来实现。产水量主要影响蓝水变化,而土壤含水量主要影响绿水的变化。由于水文要素之间的相互抵消,水稻免耕对整个流域蓝绿水的最终影响并不大,但流域范围内的空间差异较大。水稻免耕提高了绿水在水资源总量中的比例,增加了农田生态系统的生态可用水量,因此具有积极作用。     

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。     

北江流域土地利用/覆盖变化对水文过程影响研究

随着社会经济的快速发展,土地利用也发生了剧烈转变。通过采集北江流域2000年和2015年的土地利用/覆盖数据(L1和L2),基于2000年的土地利用情况,假设农业用地被建设用地取代(S1)和农业用地被森林取代(S2)两种极端土地利用情景;并构建分布式水文模型,研究了不同土地利用/覆盖对水文过程的影响。结果表明:农业用地和森林转换为建设用地,导致了径流、产水量和地表径流的增加,以及侧流量、地下水含量和蒸发量的减少;S1是L2情景的极端假设,因此各水文成分相对于L2情景变化更为明显,而S2情景相对于S1情景下的水文过程变化效果相反。不同土地利用情景下的水文响应表明,城市化以及退耕还林导致的土地利用变化都会对水文过程造成巨大影响。     

泾河流域土地利用/覆被变化对径流情势的影响

通过建立泾河流域SWAT分布式水文模型,重点模拟分析了河流径流情势对土地利用/覆被变化的响应,对比了不同气候条件及人类活动综合影响下研究区水文过程的变化。结果表明:1996年以前土地利用/覆被变化是影响水文过程的主要人类活动影响源,径流量年际变化平稳,属有小幅增加的正偏;年内影响以枯水季节为主,年内分配更趋均匀,径流集中度降低,集中期略有滞后,且趋于平稳;土地利用/覆被变化导致流域蒸散发量、冠层和落叶层截留量减小,入渗量增加,河川基流量和地表径流量相应增大,并在时域上耦合形成了水文过程的新变化;1996年以后,气候条件驱动下泾河年径流量呈现明显的增大趋势,人类活动亦从以土地利用/覆被变化为主转变为以人类水事活动为主的综合影响模式,且人类水事活动超过气候变化和土地利用/覆被变化成为影响水文过程变化的主因。     

赣江流域土地利用迁移变化分析

土地利用/覆被变化是人类与自然环境相互作用的重要表征,其变化特征深刻影响着区域的生态安全和社会经济可持续发展。基于赣江流域1980—2018年土地利用数据,利用ArcGIS空间分析方法,分析赣江流域土地利用的时空变化特征。结果表明：赣江流域1980—2018年土地类型以林地和耕地为主,林地和耕地面积呈减少趋势,建设用地面积不断增加;流域土地利用综合指数呈增加态势,表明土地利用变化加快;土地利用转换类型以耕地和林地向建设用地转移、林地和草地相互转移以及林地向耕地转移为主,部分耕地转化为水域;草地、水域、建设用地重心变化较明显,草地的重心在向西偏北方向迁移,水域的重心在向西偏南方向迁移,建设用地重心在向东偏南方向移动,移动速度均具有阶段性。可为赣江流域生态环境保护、水土资源规划与管理提供科学依据。     

金沙江流域蓝水绿水时空变化特征分析

在水资源评价与管理中,综合考虑蓝水绿水资源量有助于解决水资源短缺问题。利用SWAT模型、Mann-Kendall检验和Hurst指数,从时空尺度上分析了金沙江流域1961~2012年蓝水绿水资源量的变化特征。研究结果表明:近52 a来,金沙江流域多年平均绿水资源量是蓝水的1.4倍,全流域绿水资源量显著增加,增加幅度为4.9 mm/10 a,蓝水资源量增加趋势并不显著,增加幅度为0.8 mm/10 a;在空间上,绿水资源量呈现出显著增加的区域占全流域面积的36.6%,蓝水资源量呈现出显著增加的区域面积占比不到10%,金沙江中游和雅砻江流域秋季蓝水资源量的变化趋势与历史变化趋势一致,其他地区则是与历史变化趋势相反。     

基于SWAT模型的东江流域蓝水、绿水时空分布特征研究

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域天然状态下的降雨径流过程进行模拟,进而评估流域蓝水、绿水的时空分布特征。结果表明:东江流域蓝水、绿水资源量都非常丰富,多年平均蓝水资源量274.67×108m3,绿水资源量178.72×108m3(主要以绿水流为主),蓝水资源是绿水资源的1.54倍。东江流域以蓝水为主的水资源构成体系主要是由流域湿热多雨的气候条件决定的。从时间变化来看,近年来东江流域蓝水资源、绿水资源、绿水流、绿水储皆无显著增加或降低趋势。从空间分布上来看,蓝水资源格局主要受降雨格局控制,而绿水资源不但受气候条件影响,还受流域下垫面的自然属性以及人类活动干扰,如土地利用方式、土壤类型等,分布格局较为复杂。     

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。     

土地覆被和气候变化对拉萨河流域径流量的影响

以拉萨水文站上游流域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT对拉萨河流域水文过程进行模拟,分别用1995～2000和2003～2006年两个时间段的实测数据对模型进行校准和验证。结果显示月径流模拟相关系数和模拟效率系数分别为0.88和0.84。在此基础上通过建立情景模拟,探讨拉萨河流域气候波动和土地覆被变化对径流产流量的影响。结果表明:气候变化对年径流量影响显著,在各种模拟假设情景中最多可以使径流量增加89%。土地覆被变化相对于气候变化对径流量的年际影响较弱,但对径流量的季节变化影响显著。     

气候变化影响下的赣江流域水资源变化趋势与幅度分析

利用全球气候模式输出结果,经统计降尺度模型降解后得到流域尺度的降水和气温要素,根据实测资料建立气温—蒸发回归关系以及新安江水文模型,使用耦合模拟和MK趋势分析评估未来气候变化情景下赣江流域水资源量的变化趋势和幅度。研究结果表明:未来不同排放情景下的年降水量、年蒸发量和年径流量等水文气候要素变化趋势以显著增加为主。未来年降水量、年蒸发量和年径流量的多年平均值相对基准期有较小幅度增加,最大增幅为年径流量的13.81%。降水、蒸发和径流的年内变化有明显的季节性特征,汛期径流增加、非汛期径流减少的不均匀情况加剧,在一定程度上可能增加赣江流域未来的防洪压力和枯水期供水压力。     

基于SWAT模型分析嘉陵江流域蓝、绿水资源量的时空变化特征

嘉陵江流域是成渝双城经济圈发展的重要水源区,其水资源状况的变化对实现我国新发展格局有重要影响。基于SWAT模型对嘉陵江流域水文过程进行模拟,探究了1981-2020年及典型年嘉陵江流域的蓝、绿水时空分布特征,采用Mann-Kendall(M-K)分析年际间蓝、绿水资源量的变化趋势。结果表明：流域多年平均降水量为931 mm,为蓝、绿水资源量之和,蓝水资源量多年均值为386 mm,占降水量的41.5%;绿水资源量多年均值为545 mm,占降水量的58.5%,1981-2020年流域降水量和绿水资源量总体呈增加趋势,蓝水资源量呈减少趋势。特枯水年、平水年、特丰水年的蓝水资源量分别为165.61、456.71和643.70 mm,绿水系数在典型年变化差异较大。空间上,流域内蓝水资源量、绿水资源量与降水量的分布特征相似,呈现从上游到下游先减小后增大、西少东多的空间格局。     

基于多模式耦合的赣江流域设计暴雨估算

基于3种不同排放情景下LARS-WG天气发生器内嵌的6种大气环流模式结果,预估了21世纪3个时期赣江流域不同重现期下的设计暴雨值变化。研究表明,使用LARS-WG方法得到的暴雨系列,能得到可信的频率分析结果,基于贝叶斯模型平均方法的多模式耦合能降低预估结果的不确定性。赣江流域绝大多数站点未来设计暴雨值相对基准期减小,且变化幅度随重现期的大小而变化。设计暴雨增加或部分增加和减少的站点分别位于赣江流域上中游和中下游。在未来气候变化影响下,赣江流域按照我国现有规范计算的设计暴雨整体偏大。