黄土高原典型微小流域产流产沙过程对土地利用覆被变化的响应

Response of runoff and sediment process to the Land Use/Land Cover (LULC) change on watershed scale is a significant subject in the ecological and environmental construction in the Loess Plateau area. This project, with focus on a typical small watershed (about 1 km2) in the Loess Plateau area, is aimed to study the characteristics of the runoff and sediment process for difference LULC conditions on the Watershed scale and to analyze the mechanism of the response to the LULC change. The spatial feature of LULC in the watershed will be obtain through filed investigation and spatial analysis on the GIS platform. Field infiltration experiments will be carried out to quantify the spatial feature of LULC in the study watershed, based on which, the model between soil hydraulic conductivity and runoff will be established and parameterized. The physical-based runoff and sediment model in the watershed will be further constructed. For the watershed slope-channel system, the generation and confluence processes of runoff and sediment that are influenced by the LULC condition of the watershed will be modeled. The Finite Element Method will be employed to table the numerical solution and to realize simulating system for the model. The realized watershed model for runoff and sediment process will be calibrated and validated by using the long-term hydrology and erosion observations and valuable process data for certain typical rainfall events. Finally, for difference LULC conditions on the studied watershed, the runoff and sediment will be modeled and the mechanism of the response to LULC change will be further studied. This study will provide valuable basis in interpreting and assessing the role of LULC change to the recent water and sediment changes in the Yellow River basin.

流域尺度产流产沙过程对土地利用/土地覆被的变化的响应，是当前评价黄土高原生态环境建设成效的重要内容。本项目选取黄土高原典型微小流域(约1平方公里)，研究小流域径流与产沙过程对土地利用变化的响应特征和作用机制。通过现场观测和GIS作图分析获取流域典型土地利用分布格局；采用现场监测的方法，研究流域不同典型土地利用方式的土壤入渗性能，构建土壤水力传导度与流域产流过程模型并获取参数，进而建立流域产沙过程模型。建立土地利用影响下的流域坡面沟道系统产流产沙和汇水汇沙过程模型，应用有限元方法离散和参数化水沙过程模型，构建模拟系统。利用多年积累的水文泥沙特征资料和典型降雨事件的水文泥沙过程数据，标定水沙过程模型参数。利用编制的模型，模拟不同土地利用条件下流域产流产沙过程特征，分析其对土地利用方式变化的响应和作用机制。该研究对深入分析和科学评价土地利用方式变化对黄河流域近十多年来水沙变化的贡献具有重要意义。

流域尺度产流产沙过程对土地利用/土地覆被的变化的响应，是当前评价黄土高原生态环境建设成效的重要内容。本项目选取黄土高原典型微小流域(约1平方公里)，以不同土地利用方式土壤入渗特性为切入点，研究了小流域不同土地利用方式的入渗和产流的影响机制。开展了关于土壤优先流入渗观测方法的设计、验证，应用对比法和原位时序法开展了野外入渗性能观测试验，观测了流域不同典型土地利用方式的土壤入渗性能，并发现优先流不同土地利用方式的入渗差异密切相关。林地优先流的累积入渗量是基质流的2.0~11.8倍，优先流入渗率是基质流入渗率的2.3~10.2倍；优先流是影响不同土地利用方式水文响应过程的主要因素。开展了必要的室内研究，进一步试验研究了水沙过程模型的关键水动力和土壤输沙能力的影响因素和参数确定方法。建立了土地利用影响下的流域坡面沟道系统产流产沙和汇水汇沙过程模型，应用有限元方法离散和参数化水沙过程模型，构建模拟系统。获取分析了多年积累的水文泥沙特征资料和典型降雨事件的水文泥沙过程数据，土地利用方式的变化对小雨强降雨的起流时间和洪峰滞后的作用很明显，并显著降低洪水历时、洪峰流量，同时降低了径流平均含沙量、输沙率。标定了水沙过程模型参数，利用编制的模型，模拟了不同土地利用条件下流域产流产沙过程特征，分析了其对土地利用方式变化的响应和作用机制。该研究提出和改进的土壤优先流观测的方法及对点源入渗方法的改进具有非常重要的实践价值，完善了野外入渗观测试验的理论和方法。以多年实测资料和模型模拟为基础的流域水文泥沙过程研究结果对深入分析和科学评价土地利用方式变化对区域水沙影响机制的研究具有重要意义。