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土地是人类赖以生存和发展的物质基础和基本保障,不同的土地利用方式致使地表覆被也随之改变。土地利用变化正是通过改变地表水沙状况以及土壤水分对人类和自然环境有着深远的影响,研究土地利用变化对产流、产沙的影响,对于水土保持治理与可持续发展具有重要的意义。受自然和人类不合理活动的影响,东北黑土区作为我国重要的商品粮生产基地,土壤侵蚀日趋剧烈,严重影响我国的粮食安全和当地社会经济的可持续发展。然而,东北黑土区土壤侵蚀研究较晚,尤其是黑土区流域产沙模型研究较为不足。因此,本文在前人研究的基础上,归纳了目前研究中的不足,明确了研究目标。以乌裕尔河流域为研究区,应用分布式水文模型SWAT(Soil and WaterAssessment Tool)对该流域的产流、产沙进行模拟研究,并探讨土地利用类型变化对土壤侵蚀的影响,取得了如下结论。 (1)实现了SWAT模型对乌裕尔河流域产流产沙模拟研究。基于地理信息系统技术,建立了SWAT模型空间数据库(包括数字高程模型、土地利用图、土壤类型图等)和属性数据库(包括土壤、气象等)。根据数字高程模型将整个研究区划分为79个子流域和2245个HRUs,结合1966-1987年实测水沙数据对模型参数进行敏感性分析并校准和验证。经过校准后的水沙模拟值与实测值趋势一致,径流模拟率定期和验证期R2值都大于0.75,Ens值也高达0.75,多年平均相对误差Re<15%。产沙模拟年时间尺度上率定期和验证期相关系数R2分别为0.54、0.48,Ens为0.51、0.44;月产沙模拟率定期和验证期相关系数R2分别为0.56、0.49,Ens为0.55、0.41。虽然泥沙模拟精度较低,但模型各评价标准结果均可接受,分布式SWAT水文模型能够很好的应用到乌裕尔河流域,今后可以发挥SWAT模型的优势并克服模型自身不足,为东北黑土区水资源利用与水土保持研究打下坚实的基础。 (2)基于SWAT模型与GIS空间分析功能,分析了乌裕尔河流域在1985年、1995年和2000年不同时段土地利用空间分布特征及不同土地利用类型对产流产沙的影响。发现乌裕尔河流域土地利用变化速度越来越快,耕地占用是该流域林地、草地与沼泽地流失的重要原因;土地利用类型变化对流域径流产沙有着重要的影响。随着耕地面积不断增加,产流量和产沙量呈逐年增大趋势,且产沙增幅明显,流域径流年内变幅增大。 (3)针对不同土地利用类型对产流产沙的影响进行了情景分析。流域内土地利用变化对产流产沙都有着不同程度的影响,土地利用类型变化对产沙的影响大于对产流的影响。林地和草地都具有拦截地表径流、贮存流域水分的能力,相比之下,林地削减洪峰、减少径流的水分调节作用更强,减水减沙效果更加明显。