不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响研究

康 建

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，沈阳110003）

不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响研究

康 建

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，沈阳110003）

为定量分析不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响，以大凌河中游大城子站以上集水区域作为研究流域，基于大城子站2000—2010年水文数据，运用分布式水文模型SWAT模型，定量模拟分析4种气候变化情景模式对大凌河水土流失的影响。研究结果表明：SWAT模型在大凌河中游水土流失具有较好的模拟精度，模型在参数率定期和验证期，模拟的水土流失相对误差＜15%，确定性系数达到0.6以上，模型可用来定量评价不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响；在4种气候变化情景模式下，在降水量不发生变化前提下，气温升高4℃和减低4℃，流域水土流失相应减少20%和增加20.87%，在气温不发生变化的前提下，降水量减少15%和增加15%，流域水土流失相应减少31.30%和增加33.91%。

气候变化情景模式；SWAT模型；大凌河中游；水土流失；影响

大凌河中游大城子水文站以上区域位于辽宁西部地区，辽宁西部地区是辽宁水土流失最为严重的区域，据统计，辽宁西部地区水土流失面积达到17万hm2，占全区总面积的70%，大凌河土壤侵蚀模数0.25～0.5万t／km2，大凌河年输沙量达到900多万t，大量的泥沙淤积在水库里，造成大都水库泥沙淤积较为严重。当前，全球气候变化使得流域的生态水文发生变化，定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失的影响也一直是国内外许多学者的研究热点，因此本文结合大凌河水土流失实际情况以及当前国内外关于定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失影响研究的热点问题，展开定量分析不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响的研究［1－3］。随着地理信息和计算机的快速发展，分布式水文模型为定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失的影响提供了模拟分析的平台，分布式水文模型SWAT模型在定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失的研究取得一定的研究成果，但在大凌河的运用研究较少，因此本文运用分布式水文模型SWAT模型定量模拟分析四种气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响，研究成果对于大凌河中游水土流失防治和治理规划提供参考价值［4－6］。

1 研究区域概况及研究方法

1.1 研究区域概况

本文以大凌河中游大城子以上集水区域作为研究区域，大凌河位于辽宁西部，是辽宁西部最大的河流，河流全长392 km，流域面积为2.35×104km2，流域多年平均降水量为450～600mm，降水时空分布不均匀，主要集中在7月和8月，年多年平均径流量为1.68×109m3，大凌河流域水土流失较为严重，含沙量达到57 kg／m3，大城子水文站位于大凌河中游段，大城子水文站集水面积为5 029 km2，大城子以上流域内有15个降雨站点，各站点具体分布情况见图1。

1.2 研究方法

SWAT模型可以将不同气候模式情景作为输入，模拟气候变化情景模式后的流域水土流失量，通过选定代表年份，可以定量分析气候变化情景模式前后流域水土流失的改变量和变化率，从而定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失的影响，SWAT模型气候变化情景模式输入和水土流失模拟的具体原理，考虑文章篇幅原因，可以详见参考文献，SWAT模型将水量作为水土流失模拟的输入项，因此在定量模拟水土流失的同时，还需要模拟流域的水量［7－8］。

图1 研究流域水系及站点分布图

1.3 模型输入数据

模型输入的数据有DEM数据，土壤类型分布数据、土地利用类型数据以及水文气象数据，其中DEM数据下载与美国地理协会提供的分辨率为90s全球DEM数据，利用流域边界，截取得到了研究区域DEM数据（见图2（a），土壤数据下载于联合国粮食及农业组织全球分辨率为1：400，0000的土壤类型空间分布数据，结合流域边界截取得到研究区域土壤类型空间分布数据（见图2（b）），土地利用数据下载于中科院地理所提供的全国分辨率为1 km×1 km的土地利用类型数据，运用地理信息软件，结合流域边界，获取了研究流域土地利用类型数据（见图2（c））；水文数据选用大城子水文站2000—2010年流量和含沙量数据以及流域内15个降雨站点2000—2010年降水数据；气象数据选用大城子气象站2000—2010年气象要素数据，其中气象要素数据包括：最高、最低气温、日照时数、相对湿度、太阳辐射、风速。

图2 模型所需空间数据

2 不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响定量分析

2.1 SWAT模型率定和验证

基于大城子2000—2010年水文数据，对SWAT模型进行水量和水土流失模拟参数率定和验证，参数率定和验证的成果见表1和图3～4。

表1 模型径流模拟成果表

表2 模型水土流失模拟成果表

图3 代表年份径流模拟成果图

图4 代表年份泥沙模拟成果图

从表1中可以看出，SWAT模型在大凌河中游的水量模拟具有较好的适用性，在模型参数率定期和验证期，模拟的径流深相对误差均在10%以内，确定性系数达到0.8以上，满足水量模拟的规范要求（径流深相对误差＜10%，确定性系数0.7以上），其次从表2中可以看出，SWAT模型在大凌河中游水土流失模拟也具有较好的模拟精度，在模型参数率定期和验证期，模型模拟的输沙量相对误差＜20＆，确定性系数达到0.6以上，满足水土流失模拟的精度规

范要求（输沙量相对误差＜20%，确定性系数达到0.5以上），模型可以用来模拟大凌河中游的水土流失，从图3和图4，模型模拟的水量和水土流失与实测值对比结果可以看出，模型模拟的水量和水土流失在过程上与实测值具有较好的吻合度和一致性。综上，SWAT模型适合于大凌河中游的水土流失模拟，可以进一步分析不同气候变化情景模式下的水土流失影响。

2.2 不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失影响研究

为定量分析不同气候变化情景模型对大凌河中游水土流失的影响，设定4种不同气候变化情景模式，运用已率定和验证的SWAT模型，以4种不同气候变化情景模式为输入，选取2009年为代表年份，定量分析4种气候情景模式变化前后2009年流域水土流失变化量和变化率，从而定量分析不同气候变化情景模式对流域水土流失的影响。研究结果见表5。

表4 4种气候变化情景方案

表5 气候变化情景模式下水土流失影响

从表5中可以看出在气候变化情景模式I中，气温升高4℃，降水量不变化使得流域水土流失减少2.3×104t，变化率为－20%，主要是因为在降水不变的前提下，气温升高，使得流的潜在蒸散发增加，在水循环中，降水量不变，蒸发量增加，流域径流量相应减少，而径流作为水土流失的载体，径流量相应减少使得流域水土流失量减少，而在气候变化情景模式II中，气温减低4℃，流域水土流失增加2.3×104t，水土流失增加率为20.87%，同气候变化情景模式1一样，气温降低，使得流域蒸发减少，降水量不变的前提下，流域径流量增加，使得流域水土流失增加。在气候变化情景模式III中，气温不发生变化，直接增加流域15%降水量，流域水土流失增加3.9×104t，增加率为33.91%，变化较为显著，在气温不变的前提下，降水量增加直接增加流域径流量，从而使得流域水土流失量增加显著，而同样对于气候变化情景模式IV，气温不变，降水量减少15%，使得流域径流量减少，从而减少流域水土流失量，流域水土流失量减少3.6×104t，减少率为31.30%。

3 结 论

本文运用SWAT模型定量分析不同气候变化情景模式对大凌河中游水土流失的影响，研究取得以下结论：

1）SWAT模型在大凌河中游大城子以上流域水土流失具有较好的模拟精度，模型在参数率定期和验证期，水土流失模拟相对误差小于20%，确定性系数达到0.6以上，满足水土流失模拟精度规范要求，SWAT模型可以用来模拟大凌河中游不同气候变化情景模式对流域水土流失的影响。

2）在降水不变化的前提下，气温升高和降低4℃，流域水土流失变化率分别为－20%和20.87%，气温升高，流域水土流失增加，相反，气温减低，流域水土流失量减少。

3）在气温不变的前提下，降水量增加和减少15%，流域水土流失变化率为33.91%和－31.30%，降水量增加，流域水土流失量减少，降水量减少，水土流失量相应减少。

［1］李庆云.黄土丘陵区流域径流泥沙对气候变化和高强度人类活动响应研究［D］.北京：北京林业大学，2011.

［2］张鹏飞.不同气候条件下密云水库流域非点源污染评价［D］.北京：首都师范大学，2013.

［3］马国军.基于SWAT模型的湟水河流域生态水文效应研究［D］.郑州：郑州大学，2014.

［4］刁文博.变化环境对无定河流域水沙的影响［D］.西安：西北农林科技大学，2013.

［5］邵辉.渭河流域水土流失变化对梯田措施响应的模拟研究［D］.西安：西北农林科技大学，2013.

［6］李明涛.密云水库流域土地利用与气候变化对非点源氮、磷污染的影响研究［D］.北安：首都师范大学，2014.

［7］唐丽霞.黄土高原清水河流域土地利用／气候变异对径流泥沙的影响［D］.北京：北京林业大学，2009.

［8］王林.基于SWAT模型的晋江流域产流产沙模拟［D］.福州：福建师范大学，2008.

Research of Soil and Water Loss Impact on Daling River in Different Climate Change Scenarios

KANG Jian
（Liaoning Hydraulic Civil Engineering Consultation Ltd.，Shenyang 110003，China）

In order to analyze quantitatively the impact on soil and water loss of the Daling River in different climate change scenarios，taking the collection area up to Dachengzi station in middle streams of the Daling River as the research basin，based on the hydrological data of Dachengzi Station from 2000 to 2010，the SWAT model，a hydrological model distributed was applied to analyze quantitatively the impact on soil and water loss of Daling River in four climate change scenarios.The results show that SWATmodel is accurate in simulating the accuracy of soil and water loss of themiddle Daling River，the relative error on soil and water loss simulated is less than 15%and the certainty factors reach over 0.6 during the parameter rate period and verification period ofmodel，the model may be used to analyze quantitatively the impact on soil and water loss of themiddle Daling River in different climate change scenarios.In the four climate change scenarios，under the premise of no change in precipitation，as temperature 4℃increase or 4℃reduction，the soil and water loss of the basin is to reduce 20%or increase 20.87%correspondingly；under the premise that the temperature does not change，precipitation will reduce 15%and increase 15%，the soil and water loss will reduce 31.3%and increase 33.91% correspondingly.

climate change scenario；SWAT model；middle stream of the Daling River；soil and water loss；impact

S157

B

2014－10－31

康建（1982－），男，辽宁沈阳人，助理工程师，从事水利工程管理工作。

1007－7596（2015）06－0004－04