綠水資源對流域土地利用與氣候變化的響應-以堵河流域為例.pdf

1、生態(tài)水文學中水資源可分為兩類:藍水和綠水，藍水指存儲在河流湖泊中的水資源，綠水是指降水通過植被蒸散返回大氣圈的“看不見的水”。作為糧食生產(chǎn)的主要依賴水源，綠水的研究對于干旱、半干旱地區(qū)的水安全和糧食安全至關(guān)重要，對于解決的水資源短缺問題有著很深遠的意義。目前，水資源評估一般停留在藍水的評估，即傳統(tǒng)意義上的液態(tài)水，而忽略了氣態(tài)水，即綠水的評估。將綠水的概念引入水資源評估，有利于更全面地評估水資源，為解決水資源短缺提供有力依據(jù)。
　　

2、 本文以丹江口水庫支流—堵河流域上游為研究區(qū)域，收集到地形、土地利用、土壤、降雨、氣溫等數(shù)據(jù)。基于校正的SWAT模型，對堵河流域進行水文過程模擬，結(jié)合GIS空間分析，分析綠水資源演變，多角度評估堵河流域綠水資源，分析土地利用與氣候變化對堵河流域綠水資源分布的影響。得到以下結(jié)論:
　　 (1)SWAT模型在堵河流域的適用性分析
　　 在基礎(chǔ)資料收集、預處理、數(shù)據(jù)庫制備的基礎(chǔ)上，運用SWAT模型在堵河流域進行模擬運行。通過

3、DEM地形分析，提取流域水系，并對流域進行離散化，確定最佳劃分水平，將子流域閾值設(shè)為4000ha，將水文響應單元閾值設(shè)為土地利用2％，土壤2％，最終將流域劃分為107個子流域及674個水文響應單元。加載土地利用、土壤及氣候數(shù)據(jù)，完成模型的試運行。
　　 為提高模型的適用性和精確度，對模型進行參數(shù)敏感性分析，以便更有針對性的進行參數(shù)率定。得出ALPHABF、CN2、ESCO等10個參數(shù)對徑流的影響顯著，CH_COV、CH_EROD

4、等5個參數(shù)對泥沙的影響顯著。
　　 基于參數(shù)敏感性分析的結(jié)果，對產(chǎn)生顯著影響的參數(shù)進行校準。選取1965-1970年為預熱階段，1971-1980年為校準階段，1981-1990年為驗證階段。將校準與驗證結(jié)果與評價標準相比較，得到徑流在校準期效率系數(shù)ENS為0.88、相對誤差Re為0.02、決定系數(shù)R2為0.94，驗證期分別為0.87、0.1、0.92;泥沙在校準期效率系數(shù)ENS為0.67、相對誤差Re為0.29、決定系數(shù)R2為

5、0.84，驗證期分別為0.64、0.37、0.81，徑流泥沙校準和驗證均符合評價標準，說明模型在堵河流域具有可適用性。
　　 (2)土地利用變化對綠水的影響
　　 對研究區(qū)四期土地利用進行分析，從面積、速率、結(jié)構(gòu)三個方面多角度分析研究區(qū)土地利用變化規(guī)律，得出:從1978年至2007年間，林地變化幅度最大，共增加475.3km2，其中1978-1999年間林地持續(xù)減少到6232.1km2，1999年后增加608.8km2，

6、耕地1978-1999年增加到1217.6km2，1999年實行退耕還林還草后，耕地面積迅速減少到522.2km2，林地、灌叢、草地面積均有所增加。
　　 建立不同土地利用情景，并分別模擬研究區(qū)在不同土地利用情景下綠水流與綠水資源總量的變化，得到隨著林地面積的增大，耕地的減少，綠水流與綠水資源總量呈增加的趨勢，綠水流量由1978年的371mm增加到2007年469.6mm，綠水資源量由376mm增加到474mm。林地的蒸散發(fā)量大

7、于耕地。林地的蒸散量最大，同時引起徑流的減小，因此堵河流域應以植樹造林為生態(tài)修復的主要措施。
　　 (3)氣候變化條件下的綠水分布
　　 在未來幾十年中，隨著二氧化碳濃度增加，研究區(qū)氣溫大約升高2-4℃，而降雨隨著區(qū)域的變化呈現(xiàn)不同的變化趨勢。
　　 基于全球氣候變化的總趨勢，結(jié)合我國未來氣候變化的預測，建立不同氣候情景，并分別對研究區(qū)進行模擬，得出:隨氣溫的升高和降雨的增加，綠水流與綠水資源總量呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，

8、綠水流與綠水總量增加量最大的情況出現(xiàn)在氣溫增加4℃，降水增加20％的情景下，此時的綠水流量比初始情景下增加88.1mm，綠水資源總量比初始情景下增加88.2mm。且變化率隨降雨的增加要大于隨氣溫的增加。同一溫度下綠水流與綠水資源總量隨降雨量的增減而變化更明顯。
　　 (4)綠水資源的時空分布規(guī)律
　　 以子流域為模擬尺度，分別以時間和空間兩種角度，分析綠水的分布特點。2001-2010年堵河流域綠水資源站總降水的50.5