不同土地利用模式对大洋河流域径流的影响研究

赵学义，赵 静

(辽宁省岫岩满族自治县河道管理所，辽宁 鞍山114300)

土地利用变化直接反映了人类活动，土地利用变化对流域水资源循环影响都较为显著。人们对于研究土地利用变化对水资源影响的研究主要分为三个阶段，第一个阶段对于土地利用变化对流域水资源影响主要是采用实验方法［1－2］，通过物理实验模拟不同土地利用方式对径流的影响，但此方法很难和实际情况相符合。第二阶段，人们采用统计方法，对流域长系列的水文数据进行分析，从而分析土地利用变化对水循环影响，也取得一定的研究成果［3－5］，但是该方法需要的数据较长，且很难将气候变化影响分割出来。第三阶段，随着分布式水文模型的发展，运用分布式水文模型定量分析土地利用变化对流域水循环的研究开始成为热点，其中SWAT模型也成为研究土地利用变化对径流响应的一个有效平台［6－9］。但运用SWAT模型定量研究大洋河流域土地利用对径流影响的研究较少，本文基于SWAT模型，通过设定3种土地利用模式情景，定量分析不同土地利用模式情景对大洋河流域径流的影响。研究成果为大洋河流域水资源规划和保护提供参考价值。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

大洋河属于独流如海的河流，河流全长182 km，流域面积为6 554 km2，流域多年平均径流量为3.1×109m3，沙里寨水文站以上集水面积为4 810 km2，为大洋河的控制站，流域主要的土地利用方式为林地、耕地以及城镇居民用地。

图1 大洋河流域图

1.2 研究方法

本文采用SWAT模型来定量分析不同土地利用情景模式对大洋河流域径流的影响，SWAT地表径流模拟主要采用SCS曲线法，该方法计算原理为:

式中:P为降雨量，mm;Q为径流深，mm;Ia为初损(产生地表径流之前的降雨损失量)，mm;F为后损(产生地表径流之后的降雨损失)，mm;S为流域可能最大滞留量，mm。其中S的计算公式如下:

其中CN为综合考虑前期土壤湿度、坡度、土地利用方式和土壤类型状况等因素一个无量纲的参数，土地利用可改变该参数值，不同土地利用方式对应CN值不同，具体取值方式可以详见参考文献［9］。

1.3 研究所需资料

模型需要输入的数据有DEM数据、土地利用数据、土壤数据以及水文数据。(1)DEM数据下载美国太空总署提供的分辨率为90S的SRTM格式数据，结合流域边界截得研究区域DEM数据;(2)土地利用数据采用中科院提供的全国分辨率为1 km×1 km土地利用数据，并结合流域边界截得研究区土地利用数据;(3)土壤数据采用中科院地理所提供的全国分辨率为1:10 000的大洋河流域土壤类型空间分布数据，土壤物理属性数据采用自当地土壤志;(4)水文数据采用沙里寨水文站2000－2010年水文数据。

2 不同土地利用模式情景下径流响应研究

2.1 SWAT模型参数的率定和校验

基于SWAT模型以及沙里寨水文站2000－2010年水文数据，模拟了大洋河沙里寨水文站以上流域的径流量，模型参数率定和校验结果见下表图。

表1 SWAT模型水量模拟参数率定结果

表2 SWAT模型水量模拟参数率定结果

图2 代表年份径流模拟成果图

从表2中可以看出，SWAT模型在大洋河流域具有较好的适用性，模拟的年径流深相对误差均在10%以内，确定性系数达到0.7以上，模型满足大洋河流域径流模拟的精度要求，可以用来分析评价不同土地利用模式情景对大洋河径流的影响。从图2中也可以看出，模拟的径流过程和实测的径流过程吻合度较高，具有较好的相似性。

2.2 不同土地利用模式情景下径流响应分析

为定量分析不同土地利用模式情景对大洋河的径流影响，设定三种土地利用模式情景，见表3。基于率定后的SWAT模型，分别模拟了三种不同土地利用模式情景下沙里寨水文站以上流域2000年的径流量，并和2000年未改变土地利用模式情景运用SWAT模型模拟的年径流量进行比较，比较结果见表4。

表3 不同土地利用模式情景下土地利用改变面积比

表4 不同土地利用模式情景下土地利用改变面积比

从表4中可以看出，土地利用模式情景I中，2000年流域土地利用模式改变后径流深减少14.1 mm，径流系数减少0.11，这主要是因为林地面积增加，旱地面积减少，而林地相比于旱地，由于具枝叶以及根系有蓄水功能，从而减少径流量，因此使得林地面积增加10%，旱地面积减少10%后，其径流深和径流系数都相应减少。而土地利用模式情景II，林地面积减少10%，城镇面积增加10%，城镇用地由于增加了不透水面积，使得径流量相应增加，从表4中可以看出，土地利用改变前后，其径流深增加7.7 mm，径流系数增加0.16。第三种土地利用模式情景为林地增加10%，城镇用地减少10%，相比于土地利用模式情景I，林地增加相同比例，城镇用地和旱地减少的比例也相同，但使得径流深改变量不一样，从表中可以看出，城镇用地减少相比于旱地面积减少，径流深减少更多，这是因为城镇用地相比于旱地，其不透水面积更大，因此对径流的影响也越大。

3 结语

本文以SWAT模型为平台，定量分析不同土地利用模式情景对大洋河径流的影响，研究取得以下结论:

(1)构建的SWAT模型在大洋河流域具有较好的模拟精度，模拟的年径流深相对误差小于10%，确定性系数大于0.7。

(2)林地面积增加10%，旱地面积减少10%，由于林地的天然蓄水功能，使得大洋河径流深减少14.1 mm，而林地面积减少10%，城镇居民用地增加10%，由于城镇居民用地增加不透水面积，使得大洋河径流深增加7.7 mm。

(3)城镇居民用地和旱地减少相同比例，均可以使得流域径流深减少，但城镇居民地影响径流深的比例大于旱地。

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