晋江西溪流域环境变化的水文响应研究

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1、福建师范大学硕：}：学位论文摘要流域环境变化使流域产流、产沙等水文特征随之产生响应，土地覆被变化和气候变化是最重要的两大影响因素。土地覆被变化通过改变地表蒸发、土壤水分状况及地表截留量来影响流域的水量平衡，水文循环本身是气候系统的重要组成部分，气候的变化必然会影响流域水文过程。随着人类活动对周围环境影响的范围和强度不断扩大，各类环境、资源问题也随之出现。运用分布式水文模型进行环境变化的水文响应研究，成为应对流域环境问题的一个主要方向。晋江流域经济发达，人口密度逐年增大，水资源对晋江地区可持续发展尤为重要。西溪是晋江正源，对晋江上游地区发挥

2、着水源地的作用，该流域生态环境脆弱，对环境变化反应敏感，随着日益频繁的人类活动，水土流失有逐渐加重的趋势，在该地区进行环境变化的产流产沙响应研究有重要意义。本文构建晋江西溪流域的SWAT模型，对产流产沙模拟进行校准验证，说明模型在研究区的适应性，成功尝试了分丰、枯水期率定两套参数的径流模拟，并分析降水空间分布和雨量站密度对模拟精度的影响。在此基础上利用流域1985、2001年两期土地覆被数据，从不同流域尺度进行土地覆被变化下产流产沙的对比分析，说明不同土地覆被类型的产流产沙效应。另外根据已有相关气候预测研究，假定研究区未来气候变化情景，进

3、行变化气候条件下的产流产沙模拟，定量分析降水和气温变化的水文响应。结果显示了环境变化对流域水文特征的影响是显著的，定量分析结论为流域治理提供了科学依据。关键词：SWAT模型，产流量，产沙量，土地覆被变化，气候变化，晋江西溪流域福建师范大学硕士学位论文中文文摘环境变化引起的水文响应主要是指流域下挚面和气候等条件变化对水循环、水量平衡要素及水文情势的影响或改变。现代人类活动范围和规模空前增长，导致的环境变化对水文过程的影响和干扰越来越大，水文响应研究具有特别重要的意义。早期环境变化的水文响应研究主要是采取小流域实验、统计等方法，这些方法有投入

4、大、耗时长、对比性差等很多局限性，而流域水文模型的出现为环境变化的水文响应研究提供了有效的手段和方法。特别是运用分布式水文模型定量研究土地覆被变化和气候变化对流域水文过程产生的影响，成为新的发展方向。选择晋江西溪流域为研究区，西溪是晋江正源，对晋江上游地区发挥着水源地的作用，流域生态环境脆弱，易受影响。运用美国农业部开发的具有较强物理机制的分布式水文模型SWAT(SoilandWaterAssessmentT001)模型来进行产流产沙模拟，并进行模型相关应用研究。在准确模拟研究区径流和输沙量的基础上，结合两期土地覆被矢量数据，定量分析在相

5、同气候条件下土地覆被变化的产流产沙差异，同时设定研究区未来气候变化的情景，进行不同气候条件下产流产沙模拟分析，主要研究内容和成果如下：(1)基于研究区1985年、2001年土地利用／覆被矢量数据，通过叠加分析，揭示土地利用／覆被变化的特征，并进行土地利用变化的驱动力分析。得出研究区林地、草地、耕地面积有所减少，其中林地的减幅最大，减少面积主要转变为园地和耕地，但林地仍占到研究区总面积的一半，是面积比重最大的土地覆被类型。园地、建设用地及水域的面积有所增加，园地面积增幅最大，增加面积主要来源于林地和耕地。这些变化主要与区内农业用地结构的调整

6、、人口的增长、城镇化和乡村的发展密切相关。(2)建立研究区气象、地形、土壤、土地利用等数据库，构建SWAT模型，进行西溪流域年、月的径流和产沙模拟，校准对模拟结果影响显著的敏感性参数，结合实测数据进行验证，结果显示各类模拟精度评价指标都达到了规定要求，表明SWAT模型适用于该流域的产流产沙模拟。考虑到研究区径流年内变化的特点，有针对性选择了部分敏感性参数，进行丰、枯水分期率定的尝试，结果表明分期率定的两套参数能够进一步提高产流模拟的效率指标，值得在今后的相关研究中进一步推广。在模型校准验证的基础上，基于研究区分布较均匀15个雨量站降雨数据

7、，分福建师范大学硕士学位论文析降水空间分布及雨量站密度对产流产沙模拟精度的影响，结果表明降水空间分布不均匀对产流产沙模拟影响显著，在流域水文模拟过程中必须充分考虑和体现出降水的空间分布差异，雨量站密度的变化对产流产沙模拟影响的不确定性很大，但在雨量站密度相对较大时模拟值相对误差都较小，说明要减小模型模拟的误差，必须保证降水数据的输入要由分布在研究区一定数量的雨量站提供。(3)利用已构建的研究区SWAT模型，在其他数据输入相同的条件下，用2001年的土地覆被数据替代1985年数据进行产流产沙的模拟，进行不同覆被条件下产流量、产沙量的对比分析

8、。为体现土地覆被变化空间差异对水文过程的影响，不仅从较大尺度的整个流域分析，还从划分更细的子流域来研究说明不同土地覆被类型对产流产沙的影响，结果表明了土地覆被变化对产流和产沙的影响在很多方面具