摘要
我国小流域的水土流失日益加剧，掌握小流域的水沙特征和预测不同情景下的水沙成为了保护流域生态水文环境的重中之重。本文利用清水河流域1989-2019年日均径流量和泥沙量，通过距平分析、Mann-Kendall突变检验、小波方差分析及基流分割阐明流域水沙演变特征，并在验证SWAT模型在清水河流域的适用性前提下，结合国土空间资源规划与水土保持规划，分土地利用情景、气候变化情景、土地利用及气候协同变化情景、水土保持措施情景4大类设置共22小类未来情景模拟，以预测不同情景变化下清水河流域的水沙。主要结论如下: （1）1989-2019年清水河流域的水沙演变主要有突变少、周期长和季节性强的特征。流域径流不存在突变时间，而泥沙的突变时间点在2005年左右;径流的周期变化呈现“大-中-小”的嵌套结构，时间尺度分别为15a、9a、6a，大周期使其突变发生率低，泥沙量的周期仅为6a;基流分割结果显示年内7-10月即汛期径流增高，非汛期的径流平均值较低，季节性较强。 （2）对搭建好的SWAT模型进行适用性验证，去除模型预热期（1989-1995年）后，校准期（1996-2005年）间流域2个水文站的水沙模拟结果的相关系数与纳什效率系数均在0.65以上，标准差比值均小于0.70,百分比偏差值多数处于±25％之间;验证期（2006-2012年）间清水河流域2个水文站的径流模拟结果的相关系数与纳什效率系数均接近0.65,泥沙的模拟结果的相关系数与纳什效率系数均在0.55附近，说明验证期的泥沙模拟结果恰好满足研究需求。综合校准期与验证期的系数结果，表明SWAT模型适用于清水河流域，在水沙模拟方面能够接近真实水平，满足研究需求。 （3）对2030年的土地利用与气候情景分别进行设置并运行SWAT模型，①土地利用情景模拟结果表明流域土地利用往当地规划情景或者退耕还林情景方向进行的水土保持效益最佳;②气候情景模拟结果表明，水沙对降雨变化比气温变化更加敏感，降水气温协同作用下的径流增加量略小于降水单一作用的影响，说明降雨增加对径流量有着促进作用，而气温升高对径流量有着抑制作用，气候对泥沙的影响则是在气温降雨协同变化情景达到最大，降雨单独变化情景其次，气温单独变化的泥沙量变幅最低;③未来情景下的土地利用与气候协同作用可能会导致径流中等幅度增加，泥沙中等幅度增加。 （4）分类设置水土保持措施情景，利用1989-2019年数据进行水沙模拟。结果表明15°以上与25°以上坡地退耕还林减流减沙效益相近;在保护性耕作类措施中，结合使用带状免耕覆盖播种能发挥带状耕作的减沙效益与免耕的产流效益，效果最佳，应推广使用。 清水河流域的水沙趋势相似，有着6年的共同周期。合理的土地利用规划可在一定程度上减小气候变化带来的水沙影响，但我们仍需要加强流域内的气象监测，加强水资源管理和规划，推广生态修复和节水型农业，适度增加林地面积、扩大带状免耕覆盖播种面积等措施，以维护清水河流域的水资源环境和生态系统稳定。
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