来源:Sustainability 发布时间:2022/3/31 16:52:46
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中国南方农业流域土地利用与气候变化对径流影响的相对重要性研究 | MDPI Sustainability

论文标题:Relative Importance of Land Use and Climate Change on Hydrology in Agricultural Watershed of Southern China(中国南方农业流域土地利用与气候变化对径流影响的相对重要性研究)

期刊:Sustainability

作者:Lanhua Luo, Qing Zhou, Hong S. He, Liangxia Duan, Gaoling Zhang and Hongxia Xie

发表时间:10 August 2020

DOI:10.3390/su12166423

微信链接:

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/sustainability

河川径流是重要的淡水资源,直接影响到水资源的利用与持续性。河流径流量变化是流域内气候特别是降水以及人类活动变化综合影响的重要表现,是全球变化研究的热点之一。因此,定量评估土地利用和气候变化对水文过程的影响对水资源规划和管理至关重要。考虑到径流变化的复杂性及其明显的尺度效应特征,开展大河支流径流演变规律及其影响因素的研究是极为必要的,特别是在目前对南方河流及其支流研究缺乏的情况下,该研究能够为指导该流域和类似流域的管理决策提供重要的理论参考。

文章摘要

近期,湖南农业大学谢红霞副教授与美国密苏里大学哥伦比亚分校Hong S. He教授合作发表了关于“中国南方农业流域土地利用与气候变化对径流影响的相对重要性研究”,该项研究以湖南省蒸水流域 (具体地理位置如图1所示) 为研究对象,重点研究了以下内容:(1)采用观测得到真实径流数据对SWAT (土壤和水源评估工具) 模型进行校准和验证;(2) 采用两种来源土壤数据进行模拟,其一是采样野外调查获取的实测土壤数据进行径流模拟,其二是采用HWSD (世界土壤数据库) 的土壤数据进行径流模拟,并将模拟的结果进行比较;(3) 将两个研究年份1990年和2010年的气候变量与土地利用变量两两组合生成四种情景,分别是1990气候+1990土地利用、1990气候+2010土地利用、2010气候+1990土地利用、2010气候+2010土地利用,在不同的土地利用和气候情景下应用校准的SWAT模型来量化土地利用和气候变化对径流的影响。

图1. 蒸水流域所处地理位置

研究内容

为使得研究结果更具有科学性以及准确性,作者首先利用实测数据对SWAT模型的各个参数进行了校准,并验证了实测径流与SWAT模型模拟结果的一致性。利用校准的SWAT模型对不同土地利用和气候变化情景进行模拟,结果表明1990-2010年间蒸水流域气候变化使径流减少了60.8 m3/s,气候占径流变化的贡献比例高达100.22%,而土地利用变化的贡献比例只有0.20%。可知,蒸水流域在1990年到2010年期间的径流变化主要受气候变化的影响。以下内容分别对土地利用变化和气候变化对径流变化的影响进行分析。

(1) 土地利用变化影响。蒸水流域在1990-2010年间耕地、建设用地和林地的面积发生了较大变化,为进一步理解不同土地利用转变方式对径流的影响,分析了在每个子流域中三种土地利用类型的变化以及土地利用的改变对每个子流域的径流变化的影响。结果表明,建设用地面积增加最明显的区域为河流下游的子流域中,且该区域中径流量增加最多;林地和耕地向建设用地的大量转化导致径流量大幅度增加;林地面积的增加减少了径流,而耕地和建设用地的增加导致了径流的增加 (图2)。

图2. 蒸水流域1990年至2010年各子流域的土地利用和径流变化

(2) 气候变化影响。为进一步分析降水和温度对径流变化的影响,基于由气候变化引起的径流变化模拟结果,分析了1990-2010年流域的月降水量、月温度和月径流量的变化。结果表明,月平均温度升高,月平均径流减少;流域月径流与降水变化趋势一致,温度与径流变化趋势大致相反;此外,径流对降水的变化比温度的变化更为敏感 (图3)。

图3. (a)月降水量变化与气候变化引起的模拟月径流量之间的关系;(b)月温度变化和气候变化引起的模拟的月径流量

总结与展望

河流水资源是保障人类生产、生活和维持生态平衡的基础性资源。河流径流量的变化直接影响水资源的开发利用,进而影响社会经济的发展。研究径流量演变规律及其影响因素,可为水资源的管理与综合保护以及可持续利用提供科学依据。通过SWAT模型结合情景设置可以定量识别土地利用和气候变化对水文过程的潜在影响。这项研究的结果增进了对蒸水流域径流对土地利用和气候变化的响应的理解,可为流域水资源管理提供参考。

以上研究成果以题目 "Relative Importance of Land Use and Climate Change on Hydrology in Agricultural Watershed of Southern China" 发表于期刊Sustainability (Sustainability 2020, 12, 6423. DOI: 10.3390/su12166423),文章的第一作者为罗兰花,通讯作者为湖南农业大学谢红霞副教授。该项研究得到了湖南省教育厅重点项目(No: 19A242)、国家重点基础研究发展计划(No: 2014FY110200)以及湖南省水利厅水利科技项目(No: [2017] 230-34)的支持。

 
 
 
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