作者：贺国平 张彤 周东

摘要：采用分布式水文模型swat 研究北京地区过去10 a 间径流量剧减的主要原因。采用等高线→tin→dem的方法获取研究区分辨率较高的dem图, 基于dem图提取流域边界、河网、子流域及相关属性, 根据土壤类型与土地覆被类型的组合划分水文响应单元, 实现下垫面的空间离散; 采用校准和验证后率定的参数研究了10 a 来气候变化和土地覆被变化对径流量的影响。研究表明: 10 a 间土地覆被变化的主要趋势是旱地城市化。过去10 a 间, 由于土地覆被变化导致北运河年均径流量增加了10 % ～20 %, 而气候变化导致年均径流量减少了约2 / 3。

关键词：swat 土地覆被变化 气候变化 城市化 径流量

study on hydr ologic r esponse to land cover and climate change

he guo- ping1 zhang tong1 zhou dong2

( 1. beijing municipal institute of hydraulic engineering planning, design & research, beijing,100044, china; 2. beijing hydrologic center, beijing, 100039, china)

abst r act the main reasons resulting in the acute decrease of runoff in beijing are discussed by using a distributed hydrological model swat (soil and water assessment tool) . the grid dem with higher resolution is obtained by transformation of contour lines- tin- grid dem, and basin boundary,drainage networks, and subbasins are extracted d on the dem. the underlying surface is discretized according to the combination between soil types and land use categories. the effects of land cover change and climate change on runoff are studied in the past ten years by using the parameters determined during the periods of calibration and validation. the results show that the main trend of land cover change is urbanization of dry land from 1990 to 2000. the annual runoff of beiyun river decreases by two thirds due to climate change from 1994 to 2003; however, one increases by 10%~ 20% due to land cover change.

key wor ds soil and water assessment tool land cover change climate change urbanization runoff

地球表层系统最突出的景观标志就是土地利用与土地覆被(史培军1997), 而且两者是联系地球系统各圈层的最紧密的纽带, 它的变化在很大程度上影响着地球系统其他组分的变化。土地覆被的类型影响地表径流的初始条件和流域的蒸发机制, 从而对流域的水文过程产生直接的影响(fohere, haverkamp, eckhard,et al 2001)。对水文效应的研究, 最初是应用实验流域法, 然后是特征变量的时间序列法。随着1960 年计算机技术的发展, 研究流域水文过程的数学模型有了很快的发展, 水文效应研究主要应用水文模型实现。

探讨自然变化和人类活动影响下的流域水文循环过程, 需要借助有物理机理的流域分布式水文模型(夏军2002 )。分布式水文模型建立在dem基础之上,能及时模拟人类活动和下垫面因素变化对流域水文循环过程的影响。为了削弱流域空间差异的影响, 对于各要素空间差异较大的流域, 可以划分成不同的子流域进行分布式模拟(王建群, 卢志华2003 )。

swat 是soil and water assessment tool 的缩写,由美国农业部(usda) 农业研究所(ars) 开发的分布式流域水文模型(arnold, williams, maidment 1995 )。swat 模型能充分利用遥感资料和地理信息系统软件提取下垫面参数, 可以模拟多种不同的水文物理化学过程, 包括水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程,适用于不同的土壤类型、不同的土地利用方式和农业管理条件下的复杂大流域。采用swat 模型建立北京市平原区的水文模型, 对10 a 间(1990 — 2000 年)气候变化和土地覆被变化进行分布式水文模拟, 确定径流量骤减的主要原因。

1 北京市平原区swat 模型

研究区位于北京地区境内, 包括官厅水库和密云水库下游的山区和平原区, 多年平均降雨量约589.5 mm。地形西北高, 东南低, 西部和北部为山区,东南部为平原区。研究区属海河流域, 河网发育, 大小河流100 余条, 分属五大水系, 由西向东依次为大清河水系、永定河水系、北运河水系、潮白河水系和蓟运河水系。根据研究区水文系统的特点, 结合研究的目的, 所建的swat 模型涉及的水文物理过程主要包括降雨、植被截留、蒸散发、融雪、下渗、地表径流和地下径流。

由于dem 分辨率对流域特征、产流和产沙均有一定的影响(吴险峰, 刘昌明, 王中根2003) , 为了获取较高分辨率的dem图, 广大平原区通过钻孔高程和国家基础地理