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土壤侵蚀已成为威胁人类生存与发展的重大生态环境问题。随着改革开放以来社会和经济的飞速发展,我国土壤侵蚀问题越来越严重,由此引发的诸多环境问题已受到社会的广泛关注。据环境保护部发布的《2016中国环境状况公报》显示,全国土壤侵蚀总面积294.9万平方千米,占国土面积31.1%。土壤侵蚀不仅会带来严重的水土流失问题,同时造成流域内有机质大量流失,导致土壤肥力下降。如何准确地判断流域内土壤侵蚀的关键影响因子,探究土地利用类型、地形地貌、降雨以及重大人类工程等与土壤侵蚀之间的联系已成为解决流域内泥沙侵蚀和有机质流失问题的重要依据和手段。长江流域是我国最大的入海河流流域,其泥沙和POC输出通量研究已越来越受到国内外学者关注。探究长江流域泥沙侵蚀和POC输出通量时空变化特征及其影响因素对流域内水土保持和生态环境治理具有重要意义。本文在搜集整理研究区土地利用数据、土壤数据和气象数据等资料的基础上,通过构建SWAT模型对研究区泥沙侵蚀时空分布特征进行模拟研究,在此基础上,将SWAT模型源程序中泥沙侵蚀模块与POC通量估算模块耦合,并结合流域内TOC空间分布数据完成对流域内POC输出时空分布情况进行模拟研究。主要研究内容和成果如下:(1)搜集整理长江流域土地利用数据、土壤数据和气象数据等资料,构建长江流域SWAT模型,使用2001～2006年水文站实测径流和泥沙月数据作为模型的率定期数据,使用2007～2010年水文站实测径流和泥沙月数据作为模型的验证期数据。模型径流率定期模拟值与实测值确定性系数R2平均值为0.81,纳什系数Ens平均值为0.74;验证期模拟值与实测值确定性系数R2平均值为0.84,纳什系数Ens平均值为0.62。泥沙率定期模拟值与实测值确定性系数R2平均值为0.72,纳什系数Ens平均值为0.63;验证期模拟值与实测值确定性系数R2平均值为0.72,纳什系数Ens平均值为0.58。模型能够较好的适用于长江流域径流和泥沙的模拟研究。(2)在SWAT模型的率定和验证结果可用的基础上,通过输入不同时期的土地利用数据和逐日气象数据得到研究区内1991年至2010年泥沙输出数据。从时间分布上看,长江流域内降雨主要集中在每年的4～10月,泥沙输出主要集中在每年的夏季(5～9月),冬季泥沙输出量相对较低。在三峡水库蓄水发电前,宜昌站年平均泥沙通量为329.63Tg,大通站年平均泥沙通量为299.42Tg,此时在长江中下游流域水体含沙量高于水沙平衡值,水体输沙能力减弱,泥沙在中下游沉积;在三峡水库蓄水发电以后,宜昌站年平均泥沙通量为93.86Tg,大通站年平均泥沙通量为177.2Tg。从空间分布上看,长江上游流域泥沙侵蚀剧烈,产沙量远高于长江中下游流域,特别是在第一级阶梯与第二级阶梯交替处以及第二级阶梯与第三级阶梯交替处,该地区地表起伏较大,主要河流流域包括金沙江、雅砻江、岷江流域和嘉陵江流域。(3)在泥沙侵蚀模拟的基础上,将泥沙侵蚀作为流域水体中POC的唯一来源,将SWAT模型源程序中泥沙侵蚀模块与POC通量估算模块耦合,得到长江流域POC输出的时空变化特征。根据POC通量模拟结果,POC输出年际变化与泥沙输出年际变化具有极高的一致性,POC输出主要集中在每年的夏季(5～9月),冬季POC输出量相对较低。长江流域POC输出通量受三峡水利工程影响,大通站年平均POC输出通量由三峡水库蓄水发电前的4.09Tg·yr-1降低至2.36 Tg·yr-1,长江流域年平均POC产出为1.7t·ha-1·yr-1。从空间变化上看,流域内POC侵蚀主要分布于四川盆地边缘,包括金沙江流域、雅砻江流域、岷江流域和嘉陵江流域。长江流域20年TOC入海通量为3.48Tg·yr-1,年平均POC输出负荷为1.8 t·km-2·yr-1,该结果比法国塞乌河流域(1.2t·km-2·yr-1)以及欧洲其他河流流域(平均值约为1.1t·km-2·yr-1)POC输出负荷略高,但远低于亚马逊河流域POC输出负荷(2.83t·km-2·yr-1)(4)根据模型模拟结果对流域内泥沙侵蚀影响因子进行分析。结果表明,长江流域泥沙输出主要受自然因素和人为因素两方面影响,自然因素主要包括气象和地形等,人为因素包括土地利用变化和重大人类工程等带来的影响。长江流域径流量与泥沙输出通量在时间上具有较好的相关性,且径流量越高,泥沙输出通量越大。在三峡水库蓄水发电前,宜昌站年平均泥沙通量为329.63Tg,大通站年平均泥沙通量为299.42Tg;在三峡水库蓄水发电以后,宜昌站年平均泥沙通量为93.86Tg,大通站年平均泥沙通量为177.2Tg。利用地理加权回归模型探究降雨、坡度以及土地利用与产沙量在空间分布上的相关关系,地理加权回归模型产沙量模拟结果与实测值相关性系数R2为0.71,修正后的相关性系数R2为0.7。结果表明,流域内70.3%的产沙量可以基于降雨、坡度和土地利用类三个因素解释。流域内POC负荷空间分布与产沙量和TOC含量空间分布有关,根据地理空间加权模型模拟结果,流域内POC产出空间分布与产沙量空间相关性较强,TOC含量空间分布对POC产出空间分布影响较小。