基于SWAT模型的土地利用/覆被变化产流产沙效应模拟

基于SWAT模型的土地利用/覆被变化产流产沙效应模拟

土地利用／覆被变化(LUCC，Landuse and landcover change)是全球变化研究的热点与前沿问题。土地利用／覆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年马莲河流域土地利用／覆被情景。结果显示，从2000年到2010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、土壤类型图等空间数据)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，找出流域最佳的子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。