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由于气候变化和人类活动引起的土地利用/覆盖变化(LUCC)对陆地生态水文过程的影响日益深刻,要求我们及时把握变化环境下的水资源形成与演化规律,保障水资源安全,实现水资源的可持续利用。近几十年来,在气候变化和人类活动的双重影响下,原本脆弱的生态环境进一步恶化,需要迫切地研究气候变化和LUCC对流域水循环和水资源的影响。
本研究采用实验、调查、遥感和模型(SWAT模型)相结合的方法,探讨了气候变化和LUCC对泾河流域生态水文过程的影响。在年和月的时间尺度上量化了1970~2006年泾河流域气候变化和LUCC对径流和蒸散发的影响及其贡献率.在此基础上,进一步分析了“退耕还林(草)”对流域生态水文过程的影响,取得了以下主要结果:
(1)SWAT模型能够在年和月时间尺度上较准确地模拟泾河流域的径流量,可以做为流域水资源评价的重要手段和工具。
(2)过去几十年来,泾河流域的多年平均气温、最高温度和最低温度呈逐年上升趋势,流域多年平均降雨量总体呈减少趋势.上世纪70年代(1970~1979)~80(1980~1989)年代,气温呈微弱上升趋势;80年代(1980~1989)~90(1990~1999)年代,气温呈现明显增温趋势,流域多年平均最高气温升温最明显;1990~2005年,流域气温仍保持明显增温趋势,多年平均最低气温升温最明显。上世纪70~80年代,降雨量年际变化不大,月际变化较大,5-6月份降雨量增加较明显;上世纪80~90年代,流域总降水量减少,下游减少较明显;1990~2005年,总降水量有所增加,中、下游增加显著。综合分析,上世纪80~90年代,流域气候呈暖干化特征,1990~2005年,流域气候呈现暖湿化特征。
(3)对比1979、1989、1999和2006年泾河流域4期土地利用分类结果,可以看出耕地和低覆盖草地始终是流域最主要的土地利用类型。几十年来,林地面积持续减少,城镇用地的面积持续增加,未利用地的面积增减变化比较剧烈。与1979年相比,1989年时流域植被覆盖度整体上呈降低趋势:林地和高覆盖草地面积分别减少了4.55%和2.44%,未利用地和低覆盖草地面积分别增加了3.61%和4.17%,耕地面积减少较小;到1999年,与1989年相比,流域植被覆盖度仍呈降低趋势:耕地面积增加了2.57%,未利用地面积增加了5.70%,高、低覆盖草地面积减少共减少了7.32%,林地面积减少了0.93%;到了2006年,与1999年相比,流域植被覆盖情况有所改善:高覆盖草地、未利用地、耕地面积变化最显著,高覆盖草地增加了4.60%,未利用地减少了9.78%,耕地增加了5.11%,林地增加面积和低覆盖草地减少面积非常小。
(4)上世纪70~80年代,在气候变化和LUCC共同作用下,流域年和月径流都呈现增加趋势,年径流量共增加了29.75m3s-1。其中气候变化使得年均径流增加了26.07m3s-1;对径流影响的贡献率为87.62%;LUCC使得年径流增加了2.30m3s-1,对径流影响的贡献率为7.73%。其它因素的贡献率为4.64%。在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都呈现出减少趋势,年蒸散量共减少了78.39mm,其中气候变化使得年均蒸散量减少了30.03mm,对蒸散量影响的贡献率为-38.31%;LUCC使得年蒸散量减少了37.93mm,对蒸散量影响的贡献率为-48.39%。其它因素的影响为-13.31%。
上世纪80~90年代,在气候和LUCC共同作用下,流域年、月径流量都呈现出减少趋势,年径流量减少了12.59m3s-1。其中气候变化使得年均径流减少了7.04m3s-1,对径流减少的贡献率为55.92%;LUCC使得年径流减少了6.83m3s-1,对径流影响的贡献率为54.25%。其它因素的影响为10.17%。在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都是增加的,年蒸散量共增加了72.53mm,其中气候变化使得年均蒸散量增加了47.19mm,对蒸散量影响的贡献率为65.06%;LUCC使得年蒸散量增加了33.46mm,对蒸散量影响的贡献率为46.13%。其它因素的影响为-11.21%。
上世纪90年代到现在,在气候变化和LUCC共同作用下,流域年、月径流量都在减少。年径流量共减少了15.65m3s-1,其中气候变化使得年均径流减少了6.59m3s-1;对径流影响的贡献率为42.11%;LUCC使得年径流减少了11.06m3s-1,对径流影响的贡献率为70.67%。其它因素的影响为12.18%。同期,在气候和LUCC共同作用下,流域年、月蒸散量都是增加的,年蒸散量共增加了34.15mm,其中气候变化使得年均蒸散量增加了37.01mm,对蒸散量影响的贡献率为108.37%;LUCC使得年蒸散量减少了10.09mm,对蒸散量影响的贡献率为-29.55%。其它因素影响21.18%。
(5)泾河流域自90年代末“退耕还草”措施实施以来,流域部分坡耕地逐渐退耕恢复为草地。流域上游坡耕地主要恢复为低密度草地,流域中、下游由于气候条件较为优越,坡耕地主要恢复为高覆盖草地。研究结果表明,退耕还草后流域上游的径流总量和土壤含水量增加,而蒸散发量和地表径流量减少。主要原因可能是流域坡耕地恢复为低、高覆盖草地后,减少了坡面地表径流和土壤侵蚀,增加了土壤下渗量,起到了涵养水源、保持水土的作用。