基于SWAT模型的九寨沟径流对森林覆被变化的响应研究

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近些年来,森林与水的关系问题一直是研究森林生态平衡相关问题的重点与难点,森林生态一旦失衡就会引起一系列的森林问题,而水文过程对维持森林生态平衡起着至关重要的作用。因此通过研究过去的水文过程把握规律,对今后森林的保护具有重要意义。本文以九寨沟国家级自然保护区为例,利用DEM数字高程模型数据、2004年与2016年的森林覆被数据、土壤类型分布数据,CMADS气象数据集以及径流数据构建模型。通过分别构建2004年与2016年森林植被覆被情况模拟研究得出森林植被覆被变化对径流量的影响;在此基础上,分析森林覆被变化下月均径流量在丰、平、枯水期时的响应、分析产水量的空间分布。另外,利用遥感数据解译九寨沟流域研究湖泊的水域面积动态变化,进而通过SPSS拟合水域面积与实测径流的关系式,量化出森林植被覆被下的典型湖泊水域面积变化情况。本文旨在通过分析九寨沟森林覆被变化对流域径流的影响进而量化出森林覆被变化对研究湖泊水域面积的影响,为实现九寨沟流域水景观核心价值的保护、以及评价出最值得游客游览的季节。本研究表明:(1)SWAT模型在九寨沟流域表现出一定的适用性,虽然模拟的峰、谷值时与实际情况有一定的差距,但就峰、谷出现的时间而言与实际情况是一致的。且模型率定期与验证期的纳什效率系数(Ens)与决定系数(R~2)均达到了模型精度的要求。(2)九寨沟流域最主要的植被覆被类型是以冷杉林、云杉林为主的针叶林和以栎树林、桦木林为主的阔叶林。2004-2016年间,在森林自然演替的作用下,森林整体覆被面积呈上升趋势,森林中针叶林整体林地面积增加,增加部分约占整个流域面积的1.63%,而阔叶林类林地面积有所减少,减少了0.41%。(3)从年均径流量的变化来看,2016年森林覆被下的年均径流量比2004年大0.13m~3/s。除2012、2013年外,在降水充沛的年份,2004年的年径流量小于2016年森林覆被下的年径流量;而在降水量较少的年份,2004年的年径流量大于2016年森林覆被下的年径流量。从月径流量来看,2004年和2016年森林植被覆被下的径流变化整体趋于一致。丰水期时,2016年森林覆被下的月径流量小于2004年的月径流量;而在枯水期时,2016年森林覆被下的月径流量大于2004年的月径流量,表明在年内变化中,针叶林比阔叶林在丰水期有更好的持水能力、在枯水期有更强的产水能力。(4)九寨沟近9年来年际水域面积的变化情况向好,整体逐渐趋于稳定并有轻微地上涨趋势,说明针叶林的增加有利于森林产水,未来随着森林恢复演替的发展会进一步维持水景观年际水域面积变化的稳定性。水域面积年内变化趋势在2004年与2016年森林植被覆被下均呈现双峰型分布,且两期森林覆被下均在3月份出现最低值,前者在7月份左右出现了明显的最高值,后者能延长景区10-12月份的观赏时间。利用拟合关系式量化不同季节的水域面积,可知水景观观赏期的表现为秋季>夏季>冬季>春季。
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