大流域森林变化对径流情势的累积影响研究

摘要

鄱阳湖是我国第一大淡水湖，因其在长江洪水调控、湿地生态系统和水生生态系统保护中的突出作用而备受研究者关注。目前研究者主要关注的问题是气候变化、水利工程等因素对鄱阳湖水文水资源系统和湖泊生态系统的影响，而对鄱阳湖五大入湖河流上游流域长期大规模的森林变化对河流径流情势的改变，及这些改变对鄱阳湖的潜在影响研究则属于空白。梅江流域地处鄱阳湖赣江上游，是鄱阳湖重要的水源涵养区。和中国许多流域具有类似的森林干扰历史，梅江流域森林变化的格局非常具有代表性，经历了早期的破坏（1950年至1972年森林覆盖从35.9％降至24.7%）和后期大面积恢复（1983年至2006年森林覆盖从24.9%增加到71.0%）。本研究以梅江流域为例，研究该流域长期以来大规模的森林变化对径流情势的影响，这对于鄱阳湖流域水资源和森林资源的适应性管理以及流域水生生态系统和湿地生态系统的保护具有重大意义。
　　本研究主要内容包括：⑴利用SWAT模型对梅江流域进行日径流模拟。其中，利用Anusplin程序插值气象数据，从而提高流域模拟的精度。共划分35个子流域和160个水文响应单元，采用SWAT-CUP程序进行模型参数率定和敏感性分析。选用决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数Ens来评定SWAT模型的模拟效果。根据验证结果，选取模拟精度最高的模型参数组以构建梅江流域生态水文模型。最终构建的模型率定期（1982-1997）R2为0.63，Ens为0.62，验证期（1998-2006）R2为0.68，Ens为0.60。率定期和验证期的评价结果都满足要求，模型模拟效果较好，体现SWAT模型在梅江流域有较好的适用性。⑵根据流域特点设定4种森林变化情景和20种气候变化情景，预测不同森林变化和气候变化情景下流域日径流变化。基于河流生态系统保护理论，定量计算不同情景下径流情势要素（流量、出现时间、历时、频率和变异率）的变化。在本文中以箱线图的形式展现径流情势的变化，并分析变化的原因。⑶森林变化情景中，当裸地和耕地变为林地时，流域内蒸发和植被蒸腾量增加，同时新增林地的枯落物层将涵养部分降水，土壤层的水源涵养量也将提高，最终导致年径流量、汛期径流量和非汛期径流量减少；梅江流域森林变化的水文响应具有明显的空间差异性，非汛期河岸带林地增加使河道地表水大幅度的减少，这是由于非汛期林地增加消耗了大量河岸带土壤水分和地下水，干扰了对河道地表水的补给。⑷非河岸带森林覆盖面积的增加能够明显降低高位流流量及变异率，减少高位流历时，而河岸带森林变化对高位流各情势要素影响不大；降雨量增加使高位流流量和高位流历时增加，降雨量平均每增加5%，高位流流量增加8%左右；温度变化对高位流的影响与降雨相反。⑸非河岸带森林覆盖面积平均每增加10%，流域低位流流量增加7%-8%，低位流历时减少0.5-1天左右，低位流流量变异率降低2%-3%，河岸带林地的增加与非河岸带所带来的水文效果相反；气候变化中降雨和温度的变化对低位流各情势要素的影响几乎是相反的，降雨量平均每增加5%，低位流流量增加20%-30%左右，温度平均每增加0.5℃，低位流流量减少4%-8%左右。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内大尺度水文模型的研究现状

1.3 国外大尺度生态水文模型的研究状况

1.4 研究内容与技术路线

第二章 梅江流域概况和径流情势

2.1 梅江流域概况

2.2 径流情势要素的定义与计算方法

2.3 本章小结

第三章 SWAT模型及其数据库的建立

3.1 模型原理

3.2 基础数据处理及模型数据库构建

3.4 本章小结

第四章 SWAT模型参数率定与验证

4.1 子流域及水文响应单元的划分

4.2 模拟参数的率定及结果验证

4.3 本章小结

第五章 不同森林变化和气候变化情景下径流情势响应模拟

5.1 情景建立

5.2 不同森林变化情景下的径流情势响应

5.3 不同气候变化情景下径流情势响应

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 本文特色

6.3 存在不足

6.4 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果