黄土高原丘陵沟壑区下垫面变化下的流域土壤水分平衡模拟研究

The mechanism of interaction between hydrological processes and ecological processes lays the theoretic foundation for ecological restoration depending on vegetation construction in arid and semiarid regions. Therefore, understanding of the mechanism is urgently needed to guide the governmental ongoing efforts in reforestation and afforestation in Loess Plateau. Coupling simulation of ecological and hydrological processes has recently been paid more attention due to being useful tool to studying complicated biophysiology process and hydrological.process and evaluating the sustainability of ecosystems in a changing environment. Zulihe basin in hilly and gully region of Loess Plateau is our study area in the project. The project focus on ① runoff of detailed depiction is driven by underlying surface change, and ② simulation of the watershed soil water balance. The topographical adjusting coefficient model will be built to improve the accuracy of runoff simulation based on field experiment, data collection and GIS, RS technology. Based on the study of soil water, the important eco–hydrological processes were parameterized and scale transformed, to analyze the change of the water balance because of the change of vegetation landscape. By the study, our object is to understand the relationship between vegetation and space by underlying surface change, and to provide the strong scientific support for regional sustainable development strategies and the effective of ecological construction in hilly and gully region of Loess Plateau.

在社会经济发展和未来气候变化条件下黄土高原生态系统的稳定性面临着挑战，增加黄土高原生态系统保护和恢复的有效方式迫切需要我们深入理解该区生态水文过程的作用机理。本项目以黄土高原丘陵沟壑区祖厉河流域为研究区，以土壤水文过程研究为基础，以服务生态建设为目的，应用生态水文学的理论和方法，开展①下垫面变化下径流模拟的精细刻画和②流域土壤水分平衡模拟两个方面的研究。根据野外实验与数据收集，基于GIS和RS技术，建立基于产汇流的地形调整系数模型，明确人类活动对地形改变后径流的影响；以土壤水分研究为基础，对土壤水分平衡各过程进行参数化和尺度转化，分析下垫面变化后引起的生态水文过程的变化。通过本项目的研究，明晰下垫面变化下植被与空间的对位配置关系，为黄土高原丘陵沟壑区生态建设的有效性以及制定区域可持续发展策略提供有力的科学支撑。

黄土高原水土流失严重，大量泥沙随水土流失进入黄河。近50年来，国家相继实施了水土一系列生态建设工程，对流域的生态水文过程造成了深刻的影响。在社会经济发展和未来气候变化条件下黄土高原生态系统的稳定性面临着挑战，增加黄土高原生态系统保护和恢复的有效方式迫切需要我们深入理解该区生态水文过程的作用机理。项目以黄土高原丘陵沟壑区祖厉河流域为研究区，开展①人工植被生态水文物理过程研究；② 建立考虑不同水土保持措施的蓄满-超渗兼容模型；③ 定量分析不同水土保持措施对产流量减少的贡献。结果表明：柠条和沙棘穿透雨量占降雨总量的70.1%和62.4%，树干茎流量占降雨总量的6.7%和2.4%；在树干茎流的作用下，根区附近的湿润锋更深；沙棘比柠条具有更强的冠层持水能力。通过考虑淤地坝和梯田空间组合的蓄满超渗兼容模型率定期与验证期的相对误差均在20%以内，模型模拟效果较好。同时，为研究梯田和淤地坝对流域产流的影响作用，设置不同的情景，利用改进后的蓄满超渗空间组合模型对不同情景下的秤钩河水文过程进行模拟。秤钩河现状淤地坝系能够减少流域50%以上的产流量；而梯田在降雨强度较大的情况下能够减少流域产流和土壤侵蚀，在降雨强度较小的情况下稍许增加蓄满产流量，增加土壤地下水含量，减轻流域干旱情况。本研究结果有助于深度认识淤地坝和梯田对黄河流域产流机制的影响，为未来进一步研究黄河流域产流机制变化奠定基础。