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海河山区流域生态水文演变规律研究

王贺年  
【摘要】:随着社会经济的发展,海河流域水资源短缺越发严重,再加上地下水超采以及水质恶化等问题,导致区域水资源危机加剧,对区域可持续发展产生巨大的影响。在此背景下,本研究以海河山区为研究区域,选取研究区内的66个流域作为本研究的研究对象,基于区域1957-2000年水文、气象、土地利用、地形地貌等数据,分析了气候变化与人类活动对区域径流泥沙的影响,探讨了流域形状、地形、降水因子、土地利用等因子对流域径流、泥沙、枯/洪水、水质等水文过程的影响,并单独分析了森林植被对流域径流和流域输沙的影响。研究结果如下:(1)在研究时段1957-2000年间,研究区内的气象因子变化趋势为降水存在不明显的下降趋势,气温有明显的上升趋势,潜在蒸散发有明显的下降趋势;土地利用变化趋势不明显:水文要素变化波动较为剧烈,年径流、年输沙及年洪水总量均存在明显的下降趋势,年枯水流量有不太明显的增加趋势,其中逐年径流量和逐年输沙模数分别在1980年和1967年发生突变。(2)研究区流域径流对降水、潜在蒸散发和干燥度指数的敏感性系数εp、εEp、εφ分别约为3.51、-2.51和-2.75,结果表明,降水量、潜在蒸散发量与干燥度指数分别每提高100%,则流域径流将分别增加35.1%、减少25.1%和减少27.5%;各敏感性系数的绝对值均与系数(Q/P)表现出十分显著的非线性负相关关系(Y=ax-b),与干燥度指数φ均表现出一定的正相关关系(Y=ax+b),表明径流量越小、气候越干旱的地区,气候变化的影响越大。(3)在区域径流泥沙变化过程中,人类活动的影响占主要地位,而气候变化的影响占次要地位,;其中,在区域径流变化过程中,气候变化与人类活动的贡献率分别为30.85%和68.33%;在区域泥沙变化过程中,气候变化与人类活动的贡献率为29.11%和70.89%;结果表明,在海河山区,人类活动对流域水文要素变化的贡献率约70%左右,而气候变化的贡献率仅30%左右。(4)流域径流各类影响因子的贡献率大小为:土地利用(67.63%)降水因子(16.92%)流域地形因子(11.77%)流域形状因子(3.68%);流域输沙模数各类影响因子的贡献率大小为:土地利用(45.32%)流域地形因子(27.66%)降水因子(19.62%)流域形状因子(7.41%);结果表明,影响流域径流泥沙的因素中,影响最大的因子为土地利用因子;。(5)研究区森林植被能够明显的减少流域径流量,每1%覆盖率的森林、草地、耕地农作物减少流域径流量分别为1.46mm.1.21mm.1.22mm;在降水量越高、气候越湿润的地区,植被对流域径流的影响越大,而在海拔越高的地区,其影响越小。流域森林和草地能一定程度上减少流域输沙,当森林覆盖率大于60%、林草覆盖率大于80%时,减沙效果明显。(6)不同影响因素对流域枯/洪水的影响过程中,贡献率较高的影响因子为流域地形因子与流域土地利用因子,两者的对流域洪水总量和枯水流量的贡献率可达70%以上。其中,森林、草地和耕地农作物能够均能一定程度的减少洪水总量;对枯水流量的影响中,森林、草地有一定的增加枯水流量的作用,而耕地、城镇建设等在一定程度上减少枯水流量。(7)在影响流域水质的各因素中,无论是对流域总径流水质还是枯水径流水质或洪水径流水质,均为土地利用因子的影响最大;而土地利用因子中,林地、草地、耕地、城镇建设用地等四类土地利用类型对流域水质的影响最为明显,其贡献率的和可达70%-90%。


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