【摘 要】
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黄土高原是我国典型的水土流失最严重、生态环境最脆弱地区。自1999年国家退耕还林政策实施以来,黄土高原地区生态环境有所改善,但植被覆盖增加对该地区的径流过程和绿水的影响并不清晰,研究土地利用变化和不同植被覆盖下对绿水的影响具有十分重要的指导意义。本文以砚瓦川流域为研究区,建立了流域分布式SWAT模型,模拟了该流域的绿水分布情况;并通过SWAT-CUP程序进行了 SWAT模型参数自动优化,最后分析随
【基金项目】
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国家自然科学基金:黄土高塬沟壑区绿水的水文过程及其对土地利用和气候变化的响应（41771259）； 陕西省自然科学基础研究计划项目（2019jz-45）； 陕西省水利厅科技计划项目；
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黄土高原是我国典型的水土流失最严重、生态环境最脆弱地区。自1999年国家退耕还林政策实施以来,黄土高原地区生态环境有所改善,但植被覆盖增加对该地区的径流过程和绿水的影响并不清晰,研究土地利用变化和不同植被覆盖下对绿水的影响具有十分重要的指导意义。本文以砚瓦川流域为研究区,建立了流域分布式SWAT模型,模拟了该流域的绿水分布情况;并通过SWAT-CUP程序进行了 SWAT模型参数自动优化,最后分析随着时间推移和设定情景下的土地利用变化和不同植被覆盖情况下对绿水整体分布的影响。研究主要得出以下几个结果:（1）SWAT模型在砚瓦川流域的适用性分析及率定验证特征分析在基础资料收集、数据预处理、数据库制备的基础上,运用SWAT模型在砚瓦川流域进行模拟运行。通过GIS平台、天气发生器、SPAW软件以及SWAT模型将DEM、土壤、土地利用及水文气象数据等进行预处理。子流域阈值设置为740,代入SWAT模型,本次砚瓦川流域共划分了 21个子流域,264个水文单元,设定1981～1982年共2年预热期。为提高模型的适用性和精确度,应用SWAT-CUP程序开展模型的参数敏感性分析及参数优化工作。本研究结合CUP程序中one-at-time和global两种方法最终选取13个与径流相关的敏感性参数。基于参数敏感性分析的结果,对产生显著影响的参数进行校准。选取1981-1982年为预热阶段,1983～2003年为校准阶段,2004～2015年为验证阶段。将校准与验证结果与评价标准相比较,得到径流在校准期效率系数Ens为0.84、决定系数R2为0.79,验证期分别为0.82、0.81;径流校准和验证均符合评价标准,说明SWAT模型在砚瓦川流域具有可适用性。（2）不同土地利用/植被覆盖情景下的绿水分布特点对研究区1980,1990,2000,2005,2010,2015年共6期土地利用进行分析,从面积和速率多角度分析研究区土地利用变化规律得出:1980年至1990年间,各种植被覆盖类型均无变化;林地植被面积自1990年开始逐渐增长,至2005年时,增长5.32km~2,2005年后有所减少,至2015年仍较1980年增长了 5.20km~2,增长率为31.06%;农田植被面积自1990年后一直处于稳定增长趋势,至2015年时,农田面积增加了 24.98km~2;草地植被面积自1990年后一直处于下降趋势,至2015年,草地植被面积减少了 29.56km~2。通过分别模拟研究区在不同植被覆盖类型情景下绿水流与绿水资源总量的变化,得到随着农田面积的逐渐增大,林地面积的后续低增长率,草地面积的不断减少情况下,绿水流与绿水资源总量年均值均低于起始值。绿水流量虽然由1983年的378.89mm增加到2015年的415.89mm,但33年绿水流年均值却为367.97mm,低于1983年起始值;绿水资源量虽然由425.89mm增加到442.71mm,但33年绿水资源总量年均值却为399.67mm,低于1983年起始值。主要原因是砚瓦川流域内的农田面积不断增加,草地面积不断减少及林地面积的低增长率趋势背景下,造成了流域内绿水资源量逐渐减少的现象。因此,针对改善堰瓦川流域的整体水资源情况,应以退耕还林还草为生态修复的主要措施。（3）绿水资源的时空分布规律以子流域为模拟尺度,分别以时间和空间两种角度,分析砚瓦川流域内绿水的分布特点。1983～2015年（排除2年预热期）砚瓦川流域绿水资源量占总降水的85.0%,是水资源的主要组成部分,而绿水资源中绿水流占78.6%,说明水资源中大部分以蒸散发的形式耗散,其中包括人们难以利用的无效蒸发;绿水年内分布与降雨量趋势大致相同,主要蒸散集中在夏季,夏季绿水总量占全年的绿水储存的62.4%。年内分布较均匀。按子流域尺度分析绿水的空间分布,绿水流与绿水总量的分布与降雨变化基本相同,呈现西北低东南高的趋势,绿水储存整体趋势为西北低东南高。
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