典型紫色土丘陵区小流域水文过程的尺度效应与模拟

The purple soils are the most important ecological bearing layer of the upper reach of Yangtze River watershed where often suffers from flooding, water pollution and seasonal drought. The multi-scale hydrological characterization of the purple soil is vital to ecologically sustainable development of the region and the downstream water quality management, especially for the Three Gorges Reservoir (TGR). This project plans to monitor the temporal-spatial pattern of soil moisture in the hilly fragmentized agricultural catchments and to analyze the runoff processes and their controls at different scales in the purple soil region using multiple observation techniques, including O18, D isotope tracing. This project is the extended work of the finished NSFC project 4080110. The main objectives are: 1) to accurately describe the rainfall-runoff processes and to investigate the contribution of interflow to catchment runoff at different scales in the purple soil region. 2) to establish suitable modeling methods for estimating catchment runoffs at different scales for upscaling the results to larger scale within distributed model framework. This project aims to improve the understanding of rainfall-runoff process and their related hydrological processes in purple soil region and to serve the rational utilization of the water resources in the region, furthermore to provide detailed information for protecting the safety of TGR and management of the downsteam water quality.

紫色土是长江上游最重要的生态承载表层，区域内农业利用程度高，易形成洪涝和季节性干旱，区域内（包括三峡库区）地表和地下水体污染严重，严重阻碍区域农业和环境可持续发展。本项目拟监测小流域内土壤水分时空分异特征，结合流域综合水文监测和水化学（包括O18、D同位素）示踪方法，分析紫色土丘陵区不同尺度的径流过程特征及其主要控制因素，作为青年科学基金项目4080110的后续研究，拟完成如下科学目标：1）准确描述紫色土丘陵区复杂小流域内不同尺度的产汇流机制，重点揭示壤中流对不同尺度径流的贡献机制；2）基于蓄水容量曲线与VSA-CN法，模拟紫色土丘陵区复杂小流域内不同尺度的径流，确定最佳模拟单元尺度，为建立小流域分布式水文模型提供物理基础。项目研究成果可加深对紫色土丘陵区小流域径流过程和相关水文过程的认识，对区域水资源合理开发利用和保障下游重大水利工程安全及水环境质量提供基础数据。

紫色土是长江上游最重要的生态承载表层，区域内农业利用程度高，易形成洪涝和季节性干旱，区域内（包括三峡库区）地表和地下水体污染严重，严重阻碍区域农业和环境可持续发展。本项目监测了小流域内土壤水分时空分异特征，结合流域综合水文监测和水化学（包括 O18、D 同位素）示踪方法，主要研究：1） 分析紫色土丘陵区不同尺度的径流过程特征及其主要控制因素； 2） 描述紫色土丘陵区复杂小流域内不同尺度的产汇流机制，重点揭示壤中流对不同尺度径流的贡献机制；3）模拟紫色土丘陵区复杂小流域内不同尺度的径流，确定最佳模拟单元尺度，为建立小流域分布式水文模型提供物理基础。研究结果显示：初步查明了典型紫色土丘陵区小流域土壤水力学性质与土壤水分时空分布特征，获得了林地和耕地土壤水力学参数与其他理化性质；利用不同端元水化学性质为基础进行示踪研究揭示了紫色土丘陵区小流域壤中流对不同尺度地表径流的贡献机制，并获得紫色土丘陵区小流域不同尺度径流过程及其尺度差异特征；基于上述基础数据和科学认识，获得了适合于紫色土丘陵区小流域水文模型参数，并完成了流域分布式水文模型模拟；SWAT模型可对紫色土丘陵区小流域尺度径流及其携带的氮、磷物质输移动态进行模拟和预测。项目研究成果可加深对紫色土丘陵区小流域径流过程和相关水文过程的认识，对区域水资源合理开发利用和保障下游重大水利工程安全及水环境质量提供基础数据。