气候变化和土地利用变化对皇甫川流域径流变化的驱动作用.pdfVIP

摘要

水资源对社会经济和生态建设的可持续发展具有重要的战略意义。随着人类活动的

加剧和全球气候变化，各个地区都面临着水资源短缺的问题。气候变化和人类活动如何

影响水文过程备受关注。近年来，黄河中游各大流域的径流量大幅度锐减，定量的评估

径流量的驱动因素对于区域的生态环境发展具有重要意义。本研究以位于黄河中游的皇

甫川流域作为研究对象，探讨流域内径流量、气候要素变化特征以及土地利用变化特征，

利用Budyko方程和WEP水文模型剖析气候变化和下垫面变化对径流量的影响，并设置

不同的气候变化和土地利用变化情景预测未来径流的变化，取得的主要研究成果如下：

（1）皇甫川流域1960-2015年径流量、降雨量和潜在蒸散发量均呈现减小趋势。

径流量的年内峰值分别是3月和7-8月。3月为低波峰，8月为高波峰。降雨量主要集

中于7月和8月，潜在蒸散发主要集中于6-7月。径流量的突变发生在1997年。

（2）皇甫川流域1980-2015年主要呈现草地、耕地为主的土地利用格局，草地面

积占总面积的70%以上。从1980-2015年，林地、水域和建设用地的面积分别增加31.03

km²、7.30km²、9.26km²，而耕地、草地、未利用地的面积分别减小28.64km²、3.66km²、

17.80km²。

（3）使用Budyko方法分析气候变化和人类活动对皇甫川流域径流变化的影响。结

果表明径流量和降雨量成正比，与潜在蒸散发和下垫面参数（n）变化成反比。从基准

期（1960-1997）到变化期（1998-2015），降雨量、潜在蒸散发和下垫面对皇甫川流域径

流的影响程度进一步加强。其中，下垫面变化对径流深的贡献率最大，达到83.54%，

其次为降雨量，贡献率达到12.28%。总体来看，皇甫川流域下垫面变化对径流的作用

占据主导因素。

（4）基于1960-2015年的气象水文数据对皇甫川流域构建WEP水文模型，根据模

拟结果，气候变化改变的径流深为7.41mm，土地利用变化改变的径流深为22.13mm，

人类活动改变的径流深为26.14mm，其贡献率分别为22.08%、65.95%、77.91%。

（5）利用PLUS模型对皇甫川流域未来土地利用进行预测。在基准情景下，模拟

的林地和建设用地的面积增加，面积达到了207.57km²和44km²。耕地和未利用地面

积减小，面积为657.89km²和207.57km²。在城镇发展情景下，城镇用地大幅度增加，

用地面积达到了最大值50.69km²，在城镇用地大幅度增加的同时会导致其他类型的用地

面积减小。相比基准情景和城镇发展情景，在生态保护情景下，林地、草地的面积增加

幅度较大。

（6）设置不同的气候模式和不同土地利用情景预测皇甫川流域未来径流量的变化。

“降雨量增加20%，气温减少2℃”这一模式模拟的平均径流量最大，相比基准期增加了

3

1.35m/s。“气温增加了2℃，降雨量减少了20%”这一模式模拟平均径流量最小，相比

3

基准期减少了1.13m/s。径流量对降雨量变化响应较大，未来影响皇甫川流域径流量变

化的主要因子是降雨量，而气温的影响相对较小。

（7）利用基准情景、城镇发展情景、生态保护情景对流域未来径流量进行预测。

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其模拟的径流量排序依次为城镇发展情景（1.97m/s）生态保护情景（1.86m/s）基

3

准情景（1.31m/s）。在城镇发展情景下，建设用地的增加，意味着不透水层的面积的增

加，导致了入渗能力减小，地表径流增加。生态保护情景下，草地和林地的增加促进了

降雨的入渗，减少了地表径流，维持了水资源。基准情景土地利用变化相对稳定，年径

流量在三种情景中最小。总体而言，土地利用变化对皇甫川流域径流变化具有显著影响，

土地利用情景的选择将对区域水资源和生态环境产生显著影响。

关键词：皇甫川流域，径流量变化，WEP水文模型，Budyko理论，PLUS模型

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