摘要
黄土高原地区大规模的退耕还林草工程引起下垫面植被状况发生显著变化，对流域水文过程特别是产流过程产生重要影响。研究植被恢复背景下流域径流演变规律与河川径流过程变化规律及其对植被恢复的响应，是认识变化环境下流域水文过程变化的基础，对流域水资源合理利用和生态环境建设具有重要理论意义和应用价值。本研究选取位于黄土丘陵沟壑区自退耕还林（草）工程实施以来植被恢复显著的北洛河上游（吴旗水文站以上）流域为研究区，基于1964-2014年长系列实测水文资料以及流域2000-2014年归一化植被指数（NDVI）数据，应用产汇流理论、统计方法及遥感影像解析技术，系统分析了流域植被覆盖度的变化特征及不同时间尺度的降水、径流演变规律，研究了场次降雨洪水的产流机制，辨析了径流变化原因及其对植被恢复的响应。主要研究内容及结论如下： （1）流域植被覆盖度变化分析。研究区植被覆盖度呈持续显著改善趋势，且有由东南向西北递减的态势，时空变化差异较大。2000年之前流域年平均植被覆盖度变化不大，2000-2014年平均植被覆盖度以每年3.78%的速率呈显著上升趋势。流域年平均植被覆盖度从2000年的21.86%上升至2014年的70.83。2014年流域植被覆盖度等级为高覆盖度的区域面积最大，占总流域面积的54.55%。流域西南部、东部、东南部及中部大部分地区植被覆盖度变化趋势等级表现为显著改善，且植被覆盖度持续改善区域面积占总流域面积的86.74%。 （2）流域降水径流演变规律分析。研究区年降水系列年际、年内变化不大，年径流系列年际变化大且呈显著下降趋势，年内分配趋于均匀、稳定。径流分别在1979年和2002年发生突变，据此将研究期分为基准期P1（1964-1979）、水土保持效应期P2（1980-2002）和植被恢复影响期P3（2003-2014）三个时段。采用水文指标变化范围法（IHA-RVA）构建5组30个径流指标体系，并对各径流指标进行改变度评估。5组径流指标整体水文改变度为74.35%，属于高度改变，其中年极端流量水文改变度最大，达94.77%，年极端流量发生时间水文改变度最小，为35.36%。不同时期径流指标对比结果表明水土保持、退耕还林（草）等植被恢复生态治理措施的径流调节效应显著。 （3）流域产流机制辨析。研究区降雨类型主要以小雨和中雨居多，不同降雨等级洪水的洪峰流量、径流深和径流系数均有减小，而洪水历时和洪峰滞时均有延长，其中暴雨型洪水特征值变化相对最大。场次洪水径流均以地表径流为主且各时段变化不大，其中暴雨型洪水地表径流平均占比最大为88.24%。洪水过程线以陡涨陡落形式为主，占总洪水场次的72.43%，陡涨陡落型洪水占比减小而陡涨缓落、缓涨缓落型洪水占比增加。相似降雨条件下，植被恢复影响期洪峰流量与洪水总量显著下降，洪水过程线明显坦化，超渗产流发生几率减小，混合产流与浅层蓄满产流发生几率增大。 （4）流域河川径流变化归因分析。研究区河川径流变化是人类活动引起的地表覆被变化造成的。人类活动对径流减小的贡献率从水土保持效应期的74.71%增至植被恢复影响期的79.79%。2000-2014年径流深、年径流系数、年径流集中度、日流量转换次数与年平均植被覆盖度均呈负相关关系，流域植被覆盖度的增加是径流减小的主要驱动力，植被恢复对流域径流年内分配不均匀程度与年内径流稳定程度具有一定的影响。植被恢复影响下，流域年最小日流量、汛期最小日流量、基流指数及枯季径流占比增大而年径流集中度与日流量转换次数减小，流域基流占河川径流量的比重增大，年径流过程随时间趋于稳定、均匀。场次洪水的洪峰滞时有小幅增大，洪水历时、洪峰流量、径流深、地表径流占比及径流系数均存在不同程度减小。
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