黄土高原区土地利用/覆被变化对流域蓝水绿水影响的定量研究

Since the 1950s, the Loess Plateau experienced the period of deforestation and other destruction of vegetation, while various soil and water conservation works have been implemented since the 1970s, much attention was paid to vegetation restoration and afforestation, as well as the adjustment of the agricultural structure in the 1980s, human activities have altered underlying surface condition of the basin, and influenced the formation of regional runoff. It is important to study the impact of land use/cover change on the hydrological cycle and water resources with considering the blue water and green water resources, to provide a theoretical basis and technical support for the sustainable development and utilization of water resources. This study takes Jinghe River basin on the Loess Plateau as an example, 1) the changing patternof the streamflow was analyzed based on the statistical methods and field investigation of land use / cover change; 2) the distributed hydrologic model was built with improving the vegetation parameter file in the VIC model, to simulate the processes of runoff, evapotranspiration, soil moisture and base flow; 3) the blue water and green water resources was predicted by the VIC model in reponse to the various land use / cover change scenarios, and the transforming relationships between the water resources of blue water and green water were also analyzed.

自20世纪50年代以后，黄土高原区经历了毁林开荒等植被破坏时期和从70年代开始实施各种水土保持工程，重视植被恢复和荒山造林，以及80年代之后农业结构的调整，不同时期人类活动改变了流域下垫面特征，对区域径流形成产生影响。综合考虑蓝水和绿水水资源，研究土地利用/覆被变化对水文循环过程及水资源的影响，为流域水资源的可持续开发利用提供理论基础和技术支持。本研究以我国黄土高原区的泾河流域为例，1）基于统计方法和流域内土地利用/覆被变化的分析和实地调查，判断土地利用/覆被变化影响下泾河流域径流的变化规律；2）改进VIC模型中的植被参数文件，构建研究区分布式水文模型，模拟流域内径流、蒸散发、土壤水和基流的变化过程；3）在此基础上基于多种土地利用/覆被变化情景，预测流域内径流、土壤水和蒸散发量等的时空响应变化，分析流域蓝水绿水资源量的变化以及蓝水和绿水之间的转化关系。

从20世纪50年代中期开始，国家对水土流失的治理力度不断加大，水土保持措施成为最主要的区域性人类活动之一。黄河流域中游的黄土高原地区是我国环境恶化最为突出的地区之一。本研究选取我国黄土高原区的泾河流域为研究区，综合考虑蓝水和绿水水资源，研究土地利用/覆被变化对水文循环过程及水资源管理的影响，对揭示水资源的演化规律、水资源开发利用及提高水资源综合利用效益等方面具有重要意义，为流域水资源的可持续开发利用提供理论基础和技术支持。.本研究通过构建流域分布式水文模型来模拟流域径流和蒸散发过程，进而分析不同土地利用/覆被变化情境下区域蒸散发与河川径流之间的耦合关系，主要结论如下：.（1）1965～2012年泾河流域主要水文站点的实测年径流量均呈减少趋势，径流量发生突变的时间在20世纪80年代中期和90年代末; 1966-2012年泾河流域降水总体上呈减少趋势, 其中板桥以上、庆贾板雨区间、红河以上、泾红毛杨区间等区间的降水呈不同程度的增加趋势。.（2）利用2002~2014年泾河流域MODIS叶面积指数产品，分析了不同土地利用类型所对应的叶面积指数的年内变化特征，整体上呈现出遥感反演叶面积指数较VIC-3L模型提供的叶面积指数偏小的现象。通过对两组数据进行整合，改进原VIC-3L模型中相应的植被参数数据。.（3）构建了研究区的VIC-3L分布式水文模型，并采用张家山站的实测径流资料对模型进行率定和验证，率定期和验证期月径流过程Nash-Suttcliffe效率系数分别为0.58和0.62，体积误差分别为5.96%和-11.09%，模型模拟效果较好。由模型计算得出的流域多年平均实际蒸散发空间分布与流域多年平均NDVI空间分布规律基本一致。 .（4）通过设定几种未来土地利用/覆被变化情景，基于已构建的VIC-3L分布式水文模型模拟不同情景下流域蓝水和绿水流的变化。结果表明，退耕还林还草后，流域蓝水减少，绿水流增加，蓝水流的变化率大于绿水流的变化率。研究区草地退化、耕地和林地增加后，流域蓝水增加，绿水流减少；草地转换为耕地时的蓝水和绿水流变化率更大一些。