基于SWAT模型的不同土地利用结构对流域水沙的影响

朱楠，马超,2†，王云琦,2，张会兰,2，朱锦奇

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京；2.北京林业大学 北京市水土保持工程技术研究中心，100083，北京)



基于SWAT模型的不同土地利用结构对流域水沙的影响

朱楠1，马超1,2†，王云琦1,2，张会兰1,2，朱锦奇1

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京；2.北京林业大学 北京市水土保持工程技术研究中心，100083，北京)

为明确不同土地利用结构对流域产流产沙及其过程的影响，以黄土高原沟壑区典型小流域罗玉沟流域为例，基于1986—2000年气象资料，以该流域4种主要土地利用类型及调整后的土地利用结构为假设情景，通过SWAT模型模拟探讨土地利用结构对流域水沙的影响。结果表明：1)与1995年土地利用结构下的产流产沙量相比，极端情景下，林地和梯田可分别减少径流56.86%、11.97%，减少泥沙达80%以上；2)林地集中分布较分散分布的水沙量最大可分别减少4%、27%左右，但集中程度可能存在一个阈值，大于该阈值后流域产流产沙量无太大变化；3)相同面积比例的土地利用类型在流域中分布位置不同，流域出口的产沙量也较1995年有不同程度减少，最大可减少26.79%，产流量无明显差异，但流域内部产流产沙过程有所不同，林地分布在上游时，流域上中游的水沙量最低。因此，调整流域土地利用结构时可适当提高林地集中程度；重视流域上游尤其是源头的土地利用结构优化，在流域产流产沙源头可采取减水减沙效果更好的植被措施，梯田等受人类活动影响的措施尽量布设在流域中下游。

SWAT模型； 土地利用； 林地； 产流量； 产沙量

开展农业生产，布设水土保持措施，发展交通，促进城镇化等人类活动是导致土地利用类型发生变化的主要原因[1-2]；土地利用结构变化会引起土地覆被的变化，从而影响流域的水文循环过程[3]。土地利用结构的变化或水保措施的布设是流域产流产沙量改变的主要因素之一[4]，不合理的土地利用结构及空间变化会对气候区域产生影响，恶化水文环境，引发水土流失，增加土壤侵蚀，尤其易对生态脆弱的干旱半干旱区造成负面影响[5]。黄土高原作为我国西北部典型的半干旱区域，其生态环境脆弱敏感，水土流失是其主要的环境问题[6]。20世纪中后期黄土高原地区相继开展一系列水土保持工作，土地利用结构发生重大改变[7]，由此引发的水土流失变化受到广泛关注[8-9]；因此，明确不同土地利用结构对流域水文过程的影响，对理解黄土丘陵沟壑区产流输沙具有一定的理论指导意义。

分布式水文模型是定量分析土地利用结构对流域水沙影响的方法之一，可以对流域水沙过程的时空异质性进行有效模拟[10-11]。其中，SWAT模型在众多水文模型中的应用较为广泛，可对流域的径流、泥沙进行长期连续模拟，适用性强[12]，国内已有众多研究验证SWAT模型在黄土高原的适用性[13-14]。目前，关于土地利用方式对流域水沙影响的研究多基于实际土地利用结构，探究其变化后的流域水沙量及其关系变化或人类活动对流域水沙的贡献率[15-16]；但有关在不同土地利用格局下产流产沙量及流域中间产流产沙过程的研究相对较少：因此，本研究利用SWAT水文模型工具，以黄土高原典型小流域罗玉沟流域为例，在其1995年实际土地利用结构的基础上进行调整，以探究小流域尺度上土地利用结构变化对流域水沙及中间产流产沙过程的影响，以期为该地区土地利用方式的选择或水保措施的布设提供参考。

1　研究区概况

研究区罗玉沟流域位于甘肃省天水市北部，地理坐标为E 105°30′～105°45′，N 34°34′～34°40′，是国家重点典型示范小流域，流域面积约72 km2，海拔范围在1 165～1 895 m之间，沟壑密度为3.5 km/km2，属于强烈沟蚀区，地貌类型以谷坡和沟谷为主。罗玉沟流域为大陆性季风气候，年内降雨分配不均，多集中于夏秋两季，年均降水量540 mm，年均蒸发量1 290 mm，年均气温为10.7 ℃。流域内土壤类型的典型代表为山地灰褐土，其面积高达流域土壤总面积的90%以上。流域内林地郁闭度范围为0.4～0.8，草地盖度约为0.5；植被类型以落叶阔叶林为主，主要乔木以人工林为主，有侧柏(Platycladus orientalis)、旱柳(Salix matsudana Koidz.)、油松(Pinus tabulaeformis)；主要灌木以天然灌木为主，有长芒草(Stipa bungeana Trin.)、狼牙刺(Sophora davidii)等。

2　研究方法

利用SWAT 2012水文模型对不同土地利用结构下流域产流产沙进行模拟，通过情景假设法探究土地利用结构对流域水沙的影响。

2.1SWAT模型适用性评价

利用罗玉沟流域雨量站及气象站分布图、30 m精度DEM图、土地利用类型图、土壤类型分布图构建流域空间属性库；采用搜集的罗玉沟流域土壤物理参数构建土壤属性数据库；采用流域附近的天水气象站1986—2000年气象数据构建天气发生器，以对缺失的降雨资料进行补充。利用SWAT模型最终将流域划分为33个子流域(图1)及158个水文响应单元(HRUs)，根据流域实际情况，分别设定土地利用、土壤及坡度的阈值面积为10%、20%、20%。以1986—2000年罗玉沟流域出口站实测的径流、泥沙资料为基础，采用SWAT-CUP对模型进行率定，其中1986—1995年为校准期，1996—2000年为验证期，一般采用因子P(监测数据包含在95%不确定性区间(95PPU)内的比例，范围为0～1)和因子R(95PPU带的平均厚度除以监测数据标准差，范围为0到无穷大)衡量参数不确定程度，P越接近1，R越接近0，说明模拟值越接近实测值；采用相关系数和纳什效率系数评价模型适用性。

The number stand for sub-basin’s number图1　罗玉沟流域子流域划分结果Fig.1　Sub-basins in Luoyugou Watershed

(1)

当P>0.6，R<1.5，R2>0.6，Ens≥0.5时模型模拟结果被认为可信，当Ens≥0.65时，认为模型模拟结果非常好。径流、月泥沙校准期和验证期的模拟结果如表1所示。由模拟结果可知，该模型适用于罗玉沟流域。

表1　SWAT模型在罗玉沟流域适用性评价

Note:P:The percentage of measured data bracketed by the 95% prediction uncertainty (95PPU).R:The average thickness of the 95PPU band divided by the standard deviation of the measured data.R2:Coefficient of determination; Ens:Nash-Sutcliffe.

2.2情景假设法

采用极端情景假设法分析罗玉沟流域4种主要土地利用类型的产流产沙情况，根据极端情景分析结果及流域1995年实际土地利用情况，在保持原有用地类型比例不变的前提下，调整主要用地类型的位置模拟相同比例不同结构下的土地利用对流域产流产沙的影响。

2.2.1极端情景假设法以罗玉沟流域1995年土地利用现状为基础，在保持原有的城镇用地、裸地、水体面积及位置不变的情况下，依次调整流域其他用地类型全部为草地、梯田、林地或坡耕地。

2.2.2不同土地利用结构情景假设法根据极端情景模拟结果对1995年土地利用结构进行调整，调整时遵循“四项原则”：1)保持原有土地利用类型面积的比例不变，只调整其位置，主要调整对流域减水减沙效果较好的用地类型。2)调整林地、草地时，使其主要分布在坡度>25°的位置，且尽量从坡度较陡处开始调整。调整坡耕地、梯田时，使其主要分布在坡度<25°的位置，且尽量从坡度较缓处开始调整；3)保持流域内城镇用地、裸地及水体的面积、位置不变。4)尽量使减水减沙效果较好的用地类型分布在流域中更易产流产沙的地区。采用罗玉沟流域1986—2000年15年的降雨资料对在调整后的土地利用结构下，流域产流产沙情况分别进行模拟。

3　结果与分析

3.1罗玉沟流域1995年土地利用类型分析

根据子流域划分结果将罗玉沟流域分为上、中、下游，结果如表2所示。1995年是罗玉沟流域土地利用类型变化的转折点，主要表现为大部分坡耕地转化为梯田[17]。由表2可知罗玉沟流域1995年主要用地类型为梯田、林地、坡耕地和草地，其面积比约为6∶2∶1∶2，4种土地利用类型面积之和占流域总面积的94.84%。由图2可知：梯田是流域内面积最大的土地利用类型，从流域上游至下游广泛分布；林地和坡耕地面积相似，林地从上游至下游分布较分散，坡耕地大部分集中在流域中上游；草地在4种主要用地类型中面积最小，主要分布在流域中部。

表2　罗玉沟流域1995年土地利用类型

图2　罗玉沟流域1995年土地利用分布图Fig.2　Distribution of land use in Luoyugou Watershed in 1995

3.2罗玉沟流域4种主要土地利用类型产流产沙模拟

以1995年土地利用现状为基础，通过极端情景假设，模拟罗玉沟流域坡耕地、梯田、草地、林地4种主要用地类型对流域产流产沙的影响。由图3可知，4种土地利用类型月均径流变化规律较为一致，均呈单峰变化趋势，峰值一般出现在7月份。坡耕地多年平均产流量较1995年约增加1倍，月均产流量一般高于其他3种用地，其最大产流量分别是草地、林地、梯田最大产流量的2.8、6.3、2.3倍；草地、梯田及林地多年平均产流量较1995年分别减少25.85%、11.97%、56.86%，其中草地和梯田的产流量差异不大，林地月均产流量最小。4种土地利用类型多年平均产沙量以坡耕地和草地最高，比1995年增加了2.7倍左右，二者月均产沙量远远高于林地和梯田；林地和梯田的多年平均产沙量较1995年均减小80%以上，林地的月均产沙量最小，其最大月均产沙量仅为梯田最大月均产沙量的3.6%。因此，从水沙两方面考虑，梯田和林地的减水减沙效果更好，土地利用结构的调整以梯田和林地为主。

图3　极端情景下4种土地利用类型月均水沙变化趋势Fig.3　Monthly variation trend of runoff and sediment in 4 types of land use under extreme scenario simulation

3.3不同土地利用结构产流产沙模拟

The DU,CU,DM,CM,DD,and CD below stand for the same meanings as in this figure图4　罗玉沟流域调整后的不同土地利用结构Fig.4　Different land use structure in Luoyugou Watershed after adjustment

在保持1995年原有土地利用类型面积比例不变的情况下，调整流域内林地和梯田的位置，使林地以分散或集中的形式分布在流域上、中、下游。草地和坡耕地位置略有调整，主要是为避免梯田和坡耕地分布在坡度>25°的坡面上，调整时遵循“四项原则”，即调整林地主要分布在坡度较陡且易产流产沙区域，调整梯田主要分布在坡度较缓区域，当林地或梯田不满足调整需要时，采用草地或坡耕地进行弥补，最终调整结果如图4所示。以“林上分散”“林上集中”“林中分散”“林中集中”“林下分散”“林下集中”分别代表6种调整后的土地利用结构。6种土地利用结构中，林地面积分别占上、中、下游的56%、41%、54%，梯田经调整后仍然集中分布。

3.3.1不同土地利用结构对流域产流产沙量的影响采用罗玉沟流域1986—2000年15年的降水资料，模拟6种用地结构下的产流产沙情况，并将多年平均模拟结果与原用地结构进行比较。由表3可知，径流方面，林地在流域上、中、下游分散与集中分布时产生的径流量差异不大，6种用地结构下产生的径流量较原用地结构下减少2%～4%左右。泥沙方面，在流域上、中、下游不同位置，林地分散和集中2种分布结构下的产沙量各不相同且规律不一致：在上、中游时，分散分布的林地产沙量比集中分布的林地产沙量分别大27.63%、9.73%；在下游时，分散分布的林地产沙量比集中分布的林地产沙量小2.34%。但与原用地结构相比，6种调整后的用地结构下产沙量均有不同程度的减少，最大可减少26.79%。导致上述现象的原因可能是调整后的林地面积均已接近甚至超过流域上、中、下游面积的一半；从整个流域尺度看，与1995年土地利用结构中林地的分散程度相比，调整后的分散林地仍属于较集中型，因此反映在径流上差异不大。虽然在6种调整后的土地利用结构中，林地集中与分散结构下的产流产沙量大小未在流域的不同位置处表现出一致的规律；但与罗玉沟流域1995年原用地结构相比，6种结构下的产流产沙量均有明显的减少，因此可以认为林地集中分布比分散分布时的减水减沙效果更好，但分布的集中程度可能存在1个阈值，大于该阈值后减水减沙效果将没有明显变化甚至有增加趋势。

表3　6种土地利用结构产流产沙增加比例

图5　6种土地利用结构下流域上游及上中游年均水沙模拟结果Fig.5　Simulated annual average of runoff and sediment at upstream,upstream and midstream under 6 kinds of land use structure

3.3.2不同土地利用结构对流域产流产沙中间过程的影响6种土地利用结构下径流中间过程的多年平均模拟结果如图5(a)和(b)所示，可知林地在流域不同位置分布时，上游或上中游的产流量有所差异。由图5(a)可知：林地在流域中游或下游分布时，上游产流量较林地在上游分布时增加31%左右；而林地在中游和下游分布时，上游产流量差异不大。这是因为“林中”和“林下”4种用地结构的上游下垫面条件相似，因此上游的产流量不会发生太大变化。由图5(b)可知：林地在流域不同位置分布时，“林下分散”“林下集中”结构的上中游产流量较其他4种用地结构时分别增加14%、12%左右；“林中分散”“林中集中”结构的上中游产流量略高于“林上分散”及“林上集中”结构，前者比后者最大可增加1.8%。由以上分析可知，林地在流域不同位置分布时会导致流域中间产流过程不同，但对流域最终出口处产生的径流量影响不大。

泥沙方面，由表3可知：林地分散时，产沙量由大到小为林中>林下>林上；林地集中时，产沙量由大到小为林下>林中>林上。由图5(c)可知“林上分散”较“林上集中”的上游产沙量增加73.41%；其他4种土地利用结构由于上游下垫面条件相似，在同样的气候条件下上游的产沙量差异不大。由图5(d)可知，林地分布在上、中游时，分散结构下的上中游产沙量均大于集中分布时，“林上”结构下分散比集中增大33.19%，“林中”结构下分散比集中增大15.39%。林地分布在上游时的产沙量较中游时小，这可能是由于上游为产沙源头，此时的产沙量相对较小，林地可起到很好的阻拦作用，到达中游的泥沙量相对较小，可被梯田等措施进一步阻拦；而林地在中游时，上游梯田等对泥沙的阻拦作用较林地弱，随着泥沙的输送，到达中游的泥沙量相对较大，同样面积的林地其阻拦作用有限。“林下分散”与“林下集中”结构的产沙量相似且大于前4种土地利用结构，这与其上中游下垫面条件相似且无林地分布有关。

4　结论与讨论

1)罗玉沟流域1995年主要土地利用类型为梯田、草地、林地及坡耕地。其中：林地的减水减沙效果最好；坡耕地的产流产沙量最大；梯田的减水减沙效果次于林地；草地的减水效果较好，但产沙量较大。这与前人在其他地区的研究相似：陈鹏飞[18]采用SWAT模型在安家沟流域的模拟研究认为单位面积上耕地的产流产沙量最大，其次为草地，林地产流产沙量最小；张海斌[19]在张家冲流域的研究结果表明梯田产流量高于林地，二者在小流域水土保持中均占有重要地位，尤其是林地。因此，罗玉沟流域内可尽量实行坡改梯工程，在满足农业发展需要的基础上增加林地的面积。

2)在梯田面积占流域面积一半以上且梯田分布较集中的土地利用结构中，同样面积的林地呈集中分布时的产流产沙量小于呈分散分布时，但集中程度可能存在一个阈值，大于该阈值后流域产流产沙量不再发生明显变化；因此，在调整小流域土地利用结构时，可考虑将林地集中布设，避免其过于分散而不能更有效地发挥减水减沙效果。

3)同等面积比例的用地类型在流域内的结构不同，流域产流产沙量也有差异。虽然林地分布在流域不同位置时，流域最终出口的产流量无明显变化，产沙量各不相同，但中间水沙过程存在差异。当林地分布在流域上游时，到达流域中游出口的水沙量最小，此时下游只需合理优化土地利用结构就可起到有效的减水减沙效果。如果流域上游、中游的土地利用结构布设不合理，未能有效减少来水来沙量，则当大量水沙至下游时，有限的措施将很难达到减水减沙目的；因此，小流域治理应注重土地利用结构的优化，尤其要重视流域上游产流产沙源头的治理。这与王伟等[20]的观点，即把源头区域作为小流域治理的重点是一致的。

本研究利用SWAT模型，通过情景模拟的方法，对不同土地利用结构下的产流产沙情况及流域中间产流产沙过程进行初步探究，可以为小流域土地利用结构调整及优化提供一定的借鉴意义；但为了更好地满足实际应用需要，还应结合当地实际情况，在控制一定的产流产沙目标下深入研究林地配置与坡耕地最大允许规模，为小流域合理配置提供充足的理论基础。

[1]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，2009：1-2.

Tang Lixia.Effects of land use/climate variability on the runoff and sediment in Qingshuihe Watershed on the Loess Plateau,West Shanxi Province,China[D].Beijing:Beijing Forestry University,2009:1-2.(in Chinese)

[2]吕立刚，周生路，周兵兵，等.1985年以来江苏省土地利用变化对人类活动程度的响应[J].长江流域资源与环境，2015，24(7)：1086.

Lyu Ligang,Zhou Shenglu,Zhou Bingbing,et al.Response of land use changes to human activities in Jiangsu province since 1985[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2015,24(7):1086.(in Chinese)

[3]赵阳，曹文洪，谢刚，等.黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响[J].中国环境科学，2014，34(8)：2111.

Zhao Yang,Cao Wenhong,Xie Gang,et al.Effect of land cover change on runoff and sediment yield of small watershed in Loess Hilly-gully region [J].China Environmental Science,2014,34(8):2111.(in Chinese)

[4]王随继，李玲，颜明.气候和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率[J].地理研究，2013，32 (3)：395

Wang Suiji,Li Ling,Yan Ming.The contributions of climate change and human activities to the runoff yield changes in the middle Yellow River Basin[J].Geographical Research,2013,32(3):395.(in Chinese)

[5]Zhou Decheng,Zhao Shuqing,Zhu Chao.The grain for green project induced land cover change in the Loess Plateau:a case study with Ansai County,Shaanxi Province,China[J].Ecological Indicators,2012,23(4):88.

[6]姜娜，邵明安.黄土高原小流域不同坡地利用方式的水土流失特征[J].农业工程学报，2011，27(6)：36.

Jiang Na,Shao Ming′an.Characteristics of soil and water loss of different slope land uses in small watershed on the Loess Plateau[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2011,27(6):36.(in Chinese)

[7]靳婷，赵文武，赵明月，等.黄土丘陵区缓坡地不同土地利用方式的产流效应[J].中国水土保持科学，2012，10(4)：30.

Jin Ting,Zhao Wenwu,Zhao Mingyue,et al.Effect of different land use types on runoff on gentle slopes：a case study in the loess hilly area,China[J].Science of Soil and Water Conservation,2012,10(4):30.(in Chinese)

[8]卫伟，陈利顶，温智，等.黄土小流域水沙输移过程对土地利用/覆被变化的响应[J].生态环境学报，2012，1(8)：1398.

Wei Wei,Chen Liding,Wen Zhi,et al.Response of runoff and sediment process to changes in land use/cover in a small loess hilly catchment[J].Ecology and Environmental Sciences,2012,1(8):1398.(in Chinese)

[9]高照良，付艳玲，张建军，等.近50年黄河中游流域水沙过程及对退耕的响应[J].农业工程学报，2013，29(6)：99.

Gao Zhaoliang,Fu Yanling,Zhang Jianjun,et al.Responses of streamflow and sediment load to vegetation restoration in catchments on the Loess Plateau[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(6):99.(in Chinese)

[10] Guo Junting,Zhang Zhiqiang,Wang Shengping,et al.Appling SWAT model to explore the impact of changes in land use and climate on the streamflow in a watershed of Northern China[J].Acta Ecologica Sinica ,2014,34(6):1559.

[11] Lai Geying,Wu Dunying,Zhong Yexi,et al.Progress in development and applications of SWAT model[J].Journal of Hohai University,2012,40(3):243.

[12] 丁飞，潘剑军.分布式水文模型SWAT的发展与研究动态[J].水土保持研究，2007，14(1)：33.

Ding Fei,Pan Jianjun.Development and advances in research on SWAT model[J].Research of Soil and Water Conservation,2007,14(1):33.(in Chinese)

[13] 宋艳华，马金辉.SWAT模型在陇西黄土高原地区的适用性研究[J].干旱区地理，2008，30(6)：933.

Song Yanhua,Ma Jinhui.Applicability of SWAT model in Longxi of the Loess Plateau[J].Arid Land Geography,2008,30(6):933.(in Chinese)

[14] 卢爱刚，索安宁，张镭.基于SWAT模型的黄土高原典型区水土流失格局模拟评价[J].水土保持研究，2011，18(2)：57.

Lu Aigang,Suo Anning,Zhang Lei.Simulation of spatial pattern of soil water loss in a watershed of the Loess Plateau based SWAT model[J].Research of soil and water conservation：2011,18(2):57.(in Chinese)

[15] Li Jianzhu,Li Guoqing,Zhou Shuhan,et al.Quantifying the effects of land surface change on annual runoff considering precipitation variability by SWAT[J].Water Resources Management,2016，30(3)：1071.

[16] 刘惠英，高强.三峡库区龙河流域水沙关系驱动因子贡献率分析[J].中国水土保持科学，2015，13(5):1.

Liu Huiying,Gao Qiang.Contribution rate of driving factors on the rainfall-sediment relationship of Longhe river watershed in the Three Gorges Reservoir region[J].Science of Soil and Water Conservation,2015,13(5):1.(in Chinese)

[17] 寇馨月，王玉杰，张晓明，等.黄土丘陵第Ⅲ副区典型流域水沙演变过程及其驱动因素分析[J].北京林业大学学报，2015，37(7)：85.

Kou Xinyue,Wang Yujie,Zhang Xiaoming,et al.Runoff-sediment relationship and driving force of typical watershed in the third sub-region of hilly loess area，northwestern China[J].Journal of Beijing Forestry University,2015,37(7):85.(in Chinese)

[18] 陈鹏飞.黄土丘陵沟壑区小流域水沙变化与土地利用格局演变的耦合研究[D].北京：北京林业大学，2010:156.

Chen Pengfei.Coupling between variation of water and sediment and evolution of land use pattern in small watershed of Loess Hilly-Gully Region[D].Beijing:Beijing Forestry University,2010:156.(in Chinese)

[19] 张海斌.基于SWAT模型的小流域产沙产流的研究：以三峡地区张家冲小流域为例[D].武汉：华中农业大学，2006,43.

Zhang Haibin.The research of runoff and sediment yield in watershed based on SWAT model:a case study in Zhangjiachong watershed in the region of the Three Gorgers[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2006:43.(in Chinese)

[20] 王伟，王玲玲，范东明.黄土丘陵沟壑区典型治理小流域水沙输移的尺度效应[J].干旱区资源与环境，2016,30(8)：108.

Wang Wei,Wang Lingling,Fan Dongming.Scale effects on sediment transport in small cascading dammed Loess Hilly-Gully watershed[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2016,30(8):108.(in Chinese)

Effects of varied land use structures on runoff-sediment yield based on SWAT model

Zhu Nan1，Ma Chao1,2，Wang Yunqi1,2，Zhang Huilan1,2，Zhu Jinqi1

(1.School of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University,100083，Beijing，China；2.Soil and Water Conservation of Beijing Engineering Research Center，Beijing Forestry University,100083,Beijing，China)

[Background] An unreasonable land use structure causes severe soil erosion and increases runoff-sediment yield or even major environment problems,especially brings huge negative effects on ecologically fragile arid and semiarid area.The objectives of this study were to model the effects of the changes of land use structure on reducing runoff-sediment yield in the Luoyugou watershed,a typical case of gully region of the Loess Plateau.[Methods] The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used to model daily runoff and sediment data from this basin collected from 1986 to 2000.First,the model was used to determine acceptable values of the P-factor,R-factor,coefficient of determination (R2),and the Nash-Sutcliffe coefficient (Ens) during both the calibration and validation periods.Then,the model was used to determine which kind of major land use in Luoyugou watershed can be chosen with the least runoff and sediment yield.Next,the land use structure of Luoyugou Watershed were adjusted to six types,and the model was used to simulate the six scenarios with 1986—2000 meteorological data of this basin.[Results] 1) Compared with those in 1995,the effect on reducing runoff and sediment yield of forest and terraced fields were better than the grassland and slope farmlands.Under extreme scenario simulation,runoff under forest and terraced fields decreased about 56.86% and 11.97% respectively,while the sediment decreased about 80% of corresponding runoff-sediment yield in 1995.2) The runoff-sediment yield was influenced by the concentration of forest land.Compared with the low concentration of forest,runoff amount and sediment under high concentrated forest decreased at most of 4% and 27% respectively.However,there was probably a threshold of concentration,and if the concentration degree was greater than the threshold value,the watershed runoff-sediment yield was almost invariable,but it remains to be further validated.3) The runoff and sediment yield under various land use types with the same area proportion were related to their distributive location.Different structures resulted in varying reduction of sediment yield and almost undifferentiated runoff.The sediment yield in the drainage of the watershed reduced in a varied level in 1995,and maximum reduced proportion of sediment yield was 26.79%.Moreover,when forest land locates in upstream,runoff-sediment yield at upstream and midstream were the least.[Conclusions] Therefore,concentration degree of forest should be more considered in adjusting the land use structure.More attention should be paid to optimize the land use structure of upstream especially the source of the watershed.Vegetation measures should be implemented in the source areas producing runoff and sediment,and the terraced fields should be placed in the midstream and downstream as much as possible.

SWAT model； land use； forest land； runoff yield； sediment yield

2016-01-08

2016-06-07

项目名称：青年教师科学研究中长期项目“土壤侵蚀过程与机理”(2015ZCQ-SB-01)

朱楠(1992—)，女，硕士研究生。主要研究方向：水土保持。E-mail：grzhunan@163.com

简介：马超(1986—)，男，博士，讲师。主要研究方向：山地灾害与水土保持。E-mail：sanguoxumei@163.com

S157.1

A

1672-3007(2016)04-0105-08

10.16843/j.sswc.2016.04.013