土地利用/覆被变化影响下的水安全分析决策系统

土地资源和水资源的可持续利用问题已经引发国内外的广泛讨论。如何定量地分析土地利用/覆被变化对水循环造成的影响，如何评估这一影响对人类生产生活过程的反作用，如何合理协调人-土地-水关系，遂成为研究焦点。该研究需要土地科学与水科学的联合，尚未形成完整的理论和方法体系。在以往的基础上，本项目以流域作为研究单元，统合两个学科的理论和方法，建立土地利用/覆被变化-水安全决策模型。首先，重建土地利用/覆被变化的历史过程，建立预测模型；继而，耦合水文模型和水力模型，统一时空尺度；然后，对接土地模型和水模型，预测水安全变量随土地利用/覆被变化的时空动态过程；最后，建立土地利用/覆被变化-水安全分析决策系统，评估和预测水安全的动态变化，形成土地-水联动机制，分析土地利用变化可能引发的水安全风险，综合考虑人、土地、水之间的相互作用，为流域内的土地利用、水资源保护和开发、城市发展等提供可靠的科学依据和技术支持。

土地利用变化对水循环造成的影响是土地科学和水科学共同的热点问题，引发了国内外广泛的讨论。首先研究GR3降雨径流模型在我国的适用性，在长江、黄河、淮河和松花江水系，选择了7个不同尺度、不同气候条件的代表流域试用，以四种误差函数评定模拟效果，结果显示，GR3降雨径流模型在整体过程和水量平衡方面均取得较高的精度；在连续模拟中能够保持令人满意的次洪精度；比较接近的验证期与率定期精度体现了其较好的稳定性；该模型在湿润地区的表现优于半湿润地区。同时基于水文和土地利用信息，采用水力学数学模型，澄清3种特定洪水重现期条件下收益与损失的时空转换关系。研究表明，临界水深是实施洪水资源化规划和管控的关键参数; 洪水资源化的入流面积、受益面积、平均水深、最大水深与入流洪量成非线性正比关系，并受到地形地貌和土地利用变化等因素的综合影响。然后依托前期研究，模拟北京地区潮白河流域在不同土地利用情景下，洪水的特性发生明显变化，结果显示由于城市用地扩张、林地持续减少，导致二十年一遇洪水的淹没范围扩大、水流速度加大、水深进一步加大。最后研究水文-水力学耦合模型研究，以密赛为研究区验证了模型耦合的可行性。本项目旨在从空间和时间上准确量化土地利用变化对洪水的扰动，为协调土地利用和水利发展规划提供技术支持。