下垫面变化对白马吉利河流域产汇流影响研究.docx

下垫面变化对白马吉利河流域产汇流影响研究 摘要：模拟下垫面变化对流域的水文响应，对于揭示水文循环规律具有重要意义。以青岛市白马吉利河流域为研究区域，利用4个气象站的日气象资料，结合流域内原始DEM、土壤类型数据、土地利用数据等资料，构建了分布式SHE水文模型，研究了1962年及1964年不同下垫面情景下的水文响应特征。结果表明，下垫面的改变会引起径流量相应的变化，林地和耕地的增加都会降低流域径流量，而草地占比的增加则会使总径流量增大，且林地对蒸散发影响较显著。 人类利用土地相关的活动有很多，如大片砍伐森林、大肆开垦耕地、兴修堤坝、大面积灌溉和排水等有关研究下垫面变化下的流域产汇流影响情景分析方法较多，如参照流域对比法、情景预测模型法、极端土地利用法等1 研究区概况白马吉利河流域位于青岛市黄岛区，总流域面积为497 km2 模型与方法2.1 基础数据收集与处理研究所用的主要数据来源见表1，依据收集到的资料构建白马吉利河流域土地利用、土壤、气象等信息矩阵。2.2 SHE模型的构建与参数率定首先利用DEM数据，设置流域集水面积并确定分水线，提取河网并划分子流域，每一个子流域对应一个水文响应单元(HRU)。SHE模型水文响应的空间分布信息在水平方向上采用正交的长方形网格来表示2.3 不同下垫面情景设置基于白马吉利河流域土地利用现状，最主要的土地利用类型为耕地(58%)和草地(19%)，极端土地利用变化情景设计如下:S1:除城乡及居民用地和水域以外，流域其余全部为耕地，改变相关叶面积指数和曼宁系数;S2:除城乡及居民用地和水域以外，流域其余全部为林地，改变相关叶面积指数和曼宁系数;S3:除城乡及居民用地和水域以外，流域其余全部为草地，改变相关叶面积指数和曼宁系数;S4:将耕地和未利用地变为林地，其余不变，只改变耕地和未利用地的叶面积指数和曼宁系数。将流域土地利用现状称为S0。表2为四种情景下的具体土地类型面积及占比。图1为4种土地利用情景图(S1～S4)。3 模拟结果分析因1962年及1964年为比较典型的丰水年，根据模型率定结果，本文构建的分布式水文模型针对丰水年模拟效果更好，故选择1962年、1964年的气象数据输入，将四种土地利用情景依次输入SHE模型，提取模拟结果进行分析。3.1 总径流模拟结果分析两个不同年份模拟的S0～S4月总径流量过程见图2。可以看出，模拟的月总径流量S0S1S2，即在流域内不管是耕地、林地两者任何一种土地类型的增加，径流量均有所降低。耕地造成径流减小的原因为农作物蒸腾作用增大地表雨损在情景S3和S0模拟结果对比下，月总径流量S2S0，即流域内增加草地面积时，径流量增加。草地的增加会增大雨量损失，但是草地的水土保持能力和持水性，可增大土壤含水量，增加的水量远大于雨损。并且草地相比于耕地、林地蒸腾量较小。结合白马河吉利河流域的自然地理状况，为了涵养水源，比较适宜推广草地种植。极端改变土地类型主要影响峰值计算。S1峰值比S2峰值要大，1962年的峰值在7月份，S1峰值为1 343.97 m下垫面的改变主要影响汛期模拟结果，S1、S4、S2的总减少径流量中以6～10月所占比重最大。10月到次年5月，呈减小的趋势，但占比较小。与降水量的分布趋势较为一致。3.2 蒸散发量模拟结果分析计算出了基于SHE模型的、S0情境下的白马吉利河流域1962、1964年月平均蒸散发量(图3)。1962年，蒸散发量计算值整体大于实际观测值，但趋势基本一致;1964年峰值出现偏差，一个在7月份，而另一个则出现在8月份，两者数量上也相差18.7 mm。图4可见，流域不同下垫面模拟情景下月平均蒸散发量均呈单峰变化特征。各种类型蒸散发量的季节变化明显，夏季是秋季的1～2倍，是冬季的4倍左右。1962年和1964年均为S2蒸散量最大，分别为206 mm、234 mm;S3蒸散量最小，分别为188mm、200 mm。月平均蒸散发量排序为:S2S0S1S4S3，即林地现状耕地林地草地草地。表3可以看出，除S2比S0蒸散发量增加21.2mm外，情景S1、S3、S4的年均蒸散发量较S0均下降，分别下降21.4 mm、101.7 mm、169.5 mm。S2林地占比达91.18%，因此流域内林地的发展可增加年蒸发量;相反，大力发展农业经济，流域内全为耕地可减少蒸发;草原对蒸散发影响最大，相比于现状减小了169.5 mm。比较情景S4和S2，林地占比分别为72.14%和91.18%，蒸散发总量S2S4，可以认为林地的改变对蒸散发效应较为敏感。因此，保护好流域内林地，对于涵养水源、保持水土和降低洪水风险等有较积极的意义3.3 土壤蓄水量模拟结果分析不同情景模拟下