黄河中游窟野河流域植被变化对暴雨洪水过程的影响机理研究

Vegetation cover change is a crucial factor that affects watershed hydrological processes. As the major source region of rainstorm and flood, the Kuye River Basin has been experiencing significant vegetation cover change in recent years. And the characteristics of rainstorm-runoff process and runoff-generation threshold have accordingly undergone significant changes. However, the impact of vegetation cover change on hydrological processes is still unclear now. It is urgent to study the mechanism and impacts of vegetation cover change on rainstorm-runoff processes. The objective of the project is to quantitatively assess the mechanism and contribution of vegetation cover change on rainstorm-runoff change in the Kuye River Basin. The contents of this investigation include: the changes in rainstorm-runoff and spatial-temporal pattern of vegetation cover, the influence of vegetation cover on rainstorm-runoff processes by field experiments, distributed hydrological model construction considering the effect of vegetation cover, runoff-generation threshold and the mechanism of vegetation cover on runoff changes. The results are crucial for understanding the impact of vegetation cover on rainstorm-runoff processes, which are also important for flood control, water resources management, hydraulic project design and ecological environment protection in the middle reaches of the Yellow River.

植被变化是影响流域水文过程的重要因素。窟野河流域作为黄河中游的主要暴雨区和产洪区，近年来流域内的植被变化非常显著，且流域内的暴雨洪水关系、暴雨产流阈值等也相应地发生了显著的变化。针对以往关于植被变化对暴雨洪水过程的影响机理研究不足的现状，本研究选择窟野河流域为研究对象，采用遥感、野外人工降雨产流实验和考虑植被变化影响的分布式暴雨洪水模型等方法，系统分析窟野河流域的植被演变格局、暴雨洪水径流变化特征及其与植被变化的关系，识别不同降雨和下垫面组合条件下的流域暴雨产流阈值，分析植被变化影响下的暴雨产流过程，定量揭示研究区植被变化对暴雨洪水过程的影响机理。本研究对深入理解和科学评价黄河中游植被变化的水文效应具有重要意义，并可为黄河中游流域的防洪减灾、水资源管理、水利工程设计及流域生态环境保护等提供借鉴。

植被变化是影响流域水文过程的重要因素。窟野河流域作为黄河中游的主要暴雨区和产洪区，近年来流域内植被条件和暴雨洪水过程均发生了明显变化。针对以往关于植被变化对暴雨洪水过程的影响机理研究不足的现状，本研究选择窟野河流域为研究对象，主要研究内容包括：基于卫星遥感数据的流域植被演变格局分析；基于实测数据的暴雨洪水关系变化特征分析；基于野外坡面小区人工降雨实验的暴雨产流机理分析；基于LCM分布式暴雨洪水模型的流域洪水过程模拟及其植被变化对暴雨洪水影响的定量评估。主要进展和重要结果包括：项目组通过多种途径积攒了一套较为详细的窟野河流域的基础数据集；遥感解译结果表明窟野河流域1978年-2010年各类土地利用面积的变化不显著，但是流域的植被覆盖度从1978年的21.2%显著增长至2010年的43.8%；流域洪峰流量整体上呈现下降趋势，且显著下降的节点与流域下垫面显著变化的时间节点一致；通过实验揭示了窟野河流域是典型的超渗产流机制；实验揭示了雨强、土地利用类型、植被覆盖度和土壤前期含水量对于入渗产流影响显著，而坡度影响作用小；产流期入渗率和雨强之间符合LCM公式；不同土地利用方式在产流期内入渗率和累积入渗量的大小均依次为柠条地＞稠草地＞苜蓿地＞豆地＞裸地；植被覆盖度增加将主要通过增加截留入渗、减少产流、延长退水时间和退水量等方式影响暴雨产流过程；土壤前期含水量的干湿程度显著改变产流速度、入渗率、产流量和退水时长；LCM分布式暴雨洪水模型揭示了流域植被变化对洪水三要素具有不同程度的影响，植被增加削减洪峰流量比例约为15-25%，对洪水总量的改变并不显著，但对洪水过程线的改变明显，植被削减洪峰流量作用明显，对洪水过程具有平坦化的作用，延缓洪水上涨历时，并增加壤中流和基流量，并延长出流时间。本研究对深入理解和科学评价黄河中游植被变化的水文效应具有重要意义，并可为黄河中游流域的防洪减灾、水资源管理、水利工程设计及流域生态环境保护等提供借鉴。