基于SWAT模型的土地利用.覆被变化产流产沙效应模拟

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1、1023653学辛乏代码!塑叠量．研究类型蔓础盟：窒渐江师范太学硕士学位论文题目：—羹王墨竖丛攫塑盟主盥坦廛楚鼗焦芒速左边越照攒搜二．：=丛堑盔呈蒸煎港照为趔学科专业：一⋯一⋯．鸯毡些篓兰一——牟级：2904学号：一一—巡型一089研究生：一喳登竖指导教师：～型叠整蕉⋯中国夯类号：—．￡曼曼垒：皇i一答辨对间：—26—06．卑羔兰置2生目摘要基于SW姐模型的土地利用／覆被变化产流产沙效应模拟——以陇东马莲河流域为例土地利用／覆被变化(LUCC，Landuseandlandcoverchange)是全球变化研究的热点与前沿问题。土地利用／覆

2、被变化对流域产流产沙的影响是流域水文学和生态水文学研究的关键问题之一。黄土高原是我国典型的生态环境脆弱带，也是世界上水土流失最严重的地区。在生态恢复和植被重建的背景下，探索土地利用和覆被的变化对径流和泥沙的影响具有重要的理论和现实意义。本文选择陇东黄土高原的马莲河流域作为研究区，应用美国农业部农业研究中心开发的分布式水文模型SWAT模型，对马莲河流域的径流和泥沙过程进行了模拟计算，并利用已建立的模型探讨了土地利用变化情景下的产流产沙效应。主要研究内容和成果如下：(1)在归纳和总结国内外研究进展的基础上，探讨了我国在土地利用变化的径流泥沙效

3、应研究中存在的不足。我国学者对土地利用变化的水文效应研究，在研究手段上要主要采用的是对比流域方法或者实验室模拟的方法，水文模型的应用，尤其是分布式水文模型的应用，只是进行了初步的研究，应用层次不深。(2)基于1980年和2000年马莲河流域土地利用／覆被矢量数据，通过空间叠加分析流域土地利用／覆被的时空变化特征，得出1980--2000年研究区的土地利用类型变化主要表现为草地的大量减少，耕地和林地有所增加，城镇用地大幅度增长。计算1980．2000年土地利用类型变化的转移概率矩阵，并应用马尔可夫模型和元胞自动机技术，预测2010年马莲河流

4、域土地利用／覆被情景。结果显示，从2000年至U2010年，土地利用／覆被变化基本上保持原来的变化速率和趋势。(3)在实地调查、资料收集与整理的基础上，以GIS技术为支撑，按照SWAT模型的要求，建立了研究区空间数据库(包括数字高程模型、土地利用图、土壤类型图等空问数据)和属性数据库(包括气象、土壤等)。通过DEM地形分析，提取流域的数字水系，并对流域进行离散化，找出流域最佳的予流域划分水平和水文响应单元生成水平，在最小集水面积取4000ha，水文响应单元生成阈值为4／10，将流域离散成47个子流域，221个水文响应单元。浙江师范大学硕士

5、学位论文(4)采用研究区范围内14个气象站，1985．2000年的气象数据模拟产流产沙过程。通过参数敏感性分析，获得径流和泥沙模拟的最为敏感的参数，进行模型参数的校准和验证，结果表明：月径流校准期和验证期的相关系数分别为0．79和0．78，Nash．SuRcliffe系数分别为0．80和0．78，模拟的精度比较高。月输沙量校准期的相关系数为0．85，Nash-Suttcliffv系数分别为0．85，验证期的模拟值相对较差，相关系数为0．75，Nash-Suttcliffe系数分别为0．71。总的说来，SWAT模型在马莲河流域的模拟精度比较

6、高，径流泥沙模拟结果具有可靠性，同时也说明了SWAT模型在我国黄土高原区的具有适用性。(5)利用验证好的SWAT模型，在保持1985．2000年气候条件不变的情况下，模拟了1980年、2000年和未来2010年土地利用状况下的径流泥沙，结果显示，当土地利用／覆被从1980年变化至U2010年，径流深和泥沙量都不断增加。土地利用／覆被为现状年，流域的年均径流深为19．49mm，年输沙量为8019．61万t，土地利用／覆被改为1985年情景时，径流深减少了4．14mm；输沙量减少减少了1359．8万t。当土地利用变化为所预测的2010年的情景

7、，与现状年(2000年)相比，径流深增加了3．15mm，输沙量增加了1195．937Yt。(6)对研究区退耕还林还草进行模拟，结合流域的坡度状况，设计了不同坡度的退耕情景，结果表明，60以上的耕地退耕还草的保土保水效果最为明显，草地的水土保持效果要优于林地，因此，在研究区的生态恢复过程种，种草是非常关键而且必要的。(7)利用SWAT模型模拟了在流域的两岸建立缓冲带对产流产沙的影响，结果显示，缓冲带的建立对研究区的泥沙削减效果非常明显，随着缓冲带宽度的增加，减沙效益愈加明显，是一个合理有效的林草措施。本文作了以下的尝试：(1)探索了SWAT

8、模型在黄土高原地区的适用性。(2)运用SWAT模型对不同坡度的坡耕地退耕还林还草情景下径流泥沙的变化进行比较深入的模拟。关键词：土地利用／覆被；产流产沙效应；SWAT模型模拟；GIS；马莲河流