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随着全球环境变化研究的深入,城市化及其土地利用变化的水文效应成为全球环境变化研究的一项新的研究论题。
秦淮河作为南京的母亲河,位于长江下游,江苏省西南部,2000年,流域人口城市化水平达到59.3%,城市化程度较高。随着流域城市的扩展和开发区的建设,流域土地利用结构发生了较大变化,使得流域水资源短缺、水土流失、水质污染以及洪涝灾害等水环境问题更加突出。在当今快速城市化的时代背景下,研究秦淮河流域的土地利用变化对水文过程的影响,定量区分不同土地利用类型的水文效应的敏感性,对流域的防洪规划、土地持续利用和流域综合管理具有一定的理论和实践意义。
本研究以秦淮河流域为例,通过野外调查和访问获取数据资料,采用SWAT分布式水文模型,结合遥感和地理信息系统技术,对流域的土地利用变化及其水文过程的影响进行探讨和研究。主要内容包括:
(1)基于LandsatTM/ETM遥感数据,对研究区1987~2000年的土地利用变化进行监测,分析其土地利用变化的数量、强度以及土地利用之间的相互转换关系,探讨引起土地利用变化的主要驱动力。研究认为从1987~2000年,秦淮河流域内共有316.46km2的土地发生了变化,占流域总土地面积的12.51%。最显著的特点是水田、林地的大量减少和建设用地的大幅增加。水田主要转化为建设用地和旱地;旱地主要转化为建设用地和水田;林地的流向主要是旱地和建设用地;水域的增加主要归功于水田和旱地的转入。土地利用的快速变化主要受制于政策制度的激励和导向作用,以及人口的增长和经济的发展。
(2)分析了DEM分辨率和子流域数目对SWAT模型径流模拟结果的影响,对模型的不确定性作了有益的探讨,研究认为DEM分辨率和子流域数目对模型径流模拟几乎没有影响。
(3)在两种空间尺度(全流域和子流域)上,两种时间尺度(年和月)上,模拟了流域土地利用变化对水文过程的影响。结果表明,秦淮河流域土地利用变化对径流的影响较大,且主要受制于建设用地的变化幅度。建设用地的变化与年径流系数的变化具有很高的正相关关系,其相关系数达0.95以上。土地利用变化对月蒸发变化的影响不显著,变化较复杂。
(4)通过分析土地利用变化对典型水文年的径流和蒸发的影响,发现降雨特征影响土地利用变化的水文响应程度。在相同的土地利用变化条件下,枯水年的水文响应最强,其次是平水年,丰水年响应最弱。
(5)通过对4种极端土地利用情景下的水文过程模拟,揭示了不同土地利用类型水文效应的敏感性。研究发现,对于相同的降雨条件,4种土地利用情景下模拟的流域年均径流量以建设用地为最大,其次是旱地,再次为水田,林地最小;模拟的流域年均蒸发量大小顺序均为林地>水田>旱地>建设用地。对径流系数影响最大的土地利用转化方式是林地→建设用地:其次是水田→建设用地、旱地→建设用地;再次是林地→旱地、水田→旱地、林地→水田的转化。