侵蝕環(huán)境下植被恢復(fù)的水文效應(yīng)分析
——以江西興國瀲水流域?yàn)槔?/h1>
2018-10-12 05:21陳伊郴
水土保持研究 2018年5期
喬 雪,李 碩,陳伊郴
(1.虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京師范大學(xué)),南京 210023; 2.江蘇省地理環(huán)境演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育建設(shè)點(diǎn),南京 210023; 3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210023)
20世紀(jì)60年代以來，江西興國縣瀲水流域植被破壞嚴(yán)重，地表裸露，溝壑縱橫，表層細(xì)顆粒土壤流失嚴(yán)重，是我國土壤侵蝕最劇烈的地區(qū)之一。1983年起，興國縣被國家確定為水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，此后開展了一系列小流域治理活動(dòng)，包括退耕還林、植樹造林以及天然林保護(hù)等方面的措施[1-2]。經(jīng)過30多年的治理，目前瀲水流域水土流失狀況是否得到明顯的改善？劇烈侵蝕環(huán)境下植被恢復(fù)呈現(xiàn)什么樣的水文響應(yīng)？是值得探討的科學(xué)問題。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量關(guān)于植被變化對(duì)流域產(chǎn)流和產(chǎn)沙影響的研究工作，主要的研究方法包括“流域?qū)Α狈?、水量平衡法以及模型模擬等方法?！傲饔?qū)Α狈▽?duì)樣本流域大小、方位、海拔、局部氣候、土壤和植被特征的相似性要求較高[3]，通過“流域?qū)Α痹囼?yàn)可以探討連續(xù)、不斷變化的植被結(jié)構(gòu)和組成對(duì)徑流的影響[4]。水量平衡法則是根據(jù)研究流域植被變化前后降水、蒸散損失量的改變來確定徑流量的變化，鄧慧平等[5]根據(jù)流域水量平衡模型和未來氣候情景計(jì)算水量平衡各分量的可能變化，研究發(fā)現(xiàn)在沱江流域當(dāng)降水變化±10%，徑流量變化在±35%左右。Ge Sun等[6]利用ET方程對(duì)我國不同地理區(qū)域造林對(duì)年產(chǎn)水量的潛在影響進(jìn)行評(píng)估。模型模擬則是以植被變化前后氣象、土地利用、土壤等參數(shù)為輸入來模擬水量和產(chǎn)沙量的變化，Zuo等[7]通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、水文模擬和土地利用圖的綜合使用，發(fā)現(xiàn)黃土高原土地利用和氣候變化均對(duì)皇甫川流域產(chǎn)沙量的影響大于產(chǎn)水量。黎云云等[8]利用SWAT水文模型，分析了土地利用變化在年和季的尺度上對(duì)渭河流域徑流的影響。在地理過程(產(chǎn)水、產(chǎn)沙)對(duì)土地利用變化響應(yīng)研究中，利用校正的過程模型結(jié)合情景分析是常用和較為準(zhǔn)確的方法。
本文利用美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所開發(fā)的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型，利用3個(gè)時(shí)段的土地利用情景，通過統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)理過程模型的模擬計(jì)算等手段分析40 a來瀲水流域土地利用變化對(duì)流域產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響及數(shù)量特征，從而為中國南方丘陵區(qū)水土流失的治理和生態(tài)恢復(fù)與重建工程的效用做出有效評(píng)價(jià)。
1 研究方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)選擇了江西省興國縣東北部的瀲水河流域，地理坐標(biāo)為115°30′50″—115°52′12″E，26°18′04″—26°36′48″N，流域面積為579.25 km2。流域西南低，東北高，高程變化在200～1 200 m，地形起伏較大，以低山丘陵為主(圖1)。流域內(nèi)部水系發(fā)達(dá)，流域出口位于西南的東村水文站所在地。氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，多年平均溫度為18.9℃，多年平均降水量為1 576.1 mm。流域內(nèi)部植被主要為常綠闊葉林和針葉林，針葉林以馬尾松林為主。農(nóng)田以水稻田為主。土壤類型主要是水稻土和棕紅壤，局部有石灰?guī)r土、紅壤、黃紅壤等。瀲水流域在20世紀(jì)中葉由于植被的破壞，地表裸露，土壤侵蝕嚴(yán)重，一度被稱之為中國的“南方沙漠“，1983年興國縣被列為國家土壤侵蝕治理的重點(diǎn)縣，瀲水流域作為重點(diǎn)區(qū)域開展了原始林保護(hù)、退耕還林、植樹造林、封山育林等植被恢復(fù)為主的治理措施，治理工程迄今已過去30余年，該區(qū)域地面覆被發(fā)生了明顯的變化，也為我們研究土地利用變化的水文響應(yīng)提供了契機(jī)。
圖1 瀲水流域位置
1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源及整理
研究中使用的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括地形、土壤、土地利用數(shù)據(jù)，以及氣象、水文數(shù)據(jù)，其屬性和來源如表1所示。
表1 瀲水流域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)描述
注：氣象數(shù)據(jù)時(shí)段為1985—2015年，流量觀測值時(shí)間段為1978—2015年，泥沙觀測值時(shí)段為1978—2014年。
1.3 采用的模型及研究方法
整體的研究思路是利用瀲水流域1993年、2002年、2015年的三期土地利用數(shù)據(jù)并借助1975年土地利用數(shù)據(jù)，分析瀲水流域四十多年來的土地利用變化與數(shù)量特征；采用累計(jì)距平曲線的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)瀲水流域多年來水量和含沙量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行變化趨勢分析；以三期土地利用數(shù)據(jù)分別作為SWAT模型的輸入，研究流域內(nèi)土地利用變化對(duì)內(nèi)產(chǎn)水和產(chǎn)沙的影響程度，從而對(duì)瀲水流域水土保持治理工程的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
研究中用到的SWAT模型是美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所開發(fā)的連續(xù)時(shí)段、分布式機(jī)理過程模型，具有一定的物理基礎(chǔ)[9-10]，模型分布式的參數(shù)輸入和空間產(chǎn)出結(jié)果可同RS和GIS結(jié)合，靈活地設(shè)置土地利用變化情景，模擬不同土地利用變化情景下的水文、泥沙和化學(xué)徑流的響應(yīng)。SWAT模型在國內(nèi)外已有較為廣泛的應(yīng)用[8,11]，其建模原理和分布式的應(yīng)用方法，文中不再贅述。
2 結(jié)果與分析
2.1 瀲水流域土地利用變化遙感制圖和分析
1993年、2002年、2015年土地利用均采用國家土地利用現(xiàn)狀分類GB/T2010—2007標(biāo)準(zhǔn)，共八大類，按一級(jí)類型進(jìn)行合并，1975年、1993年、2002年和2015年土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。其中1975年土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果參考Shuo li等的研究成果[12]。
表2 4期土地利用類型面積及面積百分比統(tǒng)計(jì)結(jié)果
從表2中可以看出，瀲水流域主要土地利用類型以林地和耕地為主，除1975年外，其余3期土地利用中二者面積之和占總流域面積的90%以上。1975—1993年，林地面積從27 544 hm2增加到39 726 hm2，占流域總面積百分比從47.55%到68.59%，面積增加了21.04%。裸地和耕地分別減少了11.21%和8.41%，意味著退耕還林、植樹造林工程的開展。住宅用地略有增加(0.33%)，池塘水庫等水域面積略有減少(1.74%)。1993—2002年、2002—2015年，林地持續(xù)保持增加的趨勢，兩期林地面積百分比分別增加了2.59%和9.22%，表現(xiàn)在裸地和耕地的減少，尤其是2002年后，瀲水流域在坡地推廣了果(橙)、茶(油茶)經(jīng)濟(jì)作物的種植，使得耕地面積和裸地減少?？傮w而言，瀲水流域植被覆蓋率從1975年的47.55%到2015年的80.4%，面積增加了約32.85%，林地面積大幅度增長，由此帶來的水文效應(yīng)見下節(jié)分析。
2.2 瀲水流域徑流量和產(chǎn)沙量時(shí)間序列分析
根據(jù)現(xiàn)有的徑流、泥沙觀測數(shù)據(jù)，1978—2015年降水量、徑流量及產(chǎn)沙量時(shí)間序列及相應(yīng)的線性趨勢線如圖2所示，圖中可看出1978—2015年徑流量基本平穩(wěn)，降水量呈微弱上升趨勢，產(chǎn)沙量則呈現(xiàn)下降趨勢，在95%置信度區(qū)間，年產(chǎn)沙量的p值[13]為0.002，呈現(xiàn)出顯著減少的趨勢。
為了更深入了解徑流量和產(chǎn)沙量變化的情況，對(duì)多年降水量、徑流量和產(chǎn)沙量做累積距平分析[14]，曲線的變化反映了特定時(shí)段上升和下降的趨勢。圖3所示，1978—1984年降水量、徑流量累積距平曲線趨勢變化小，泥沙曲線則呈上升趨勢，意味著這個(gè)時(shí)段產(chǎn)沙量增加。1985—1991年降水量和徑流量累積距平曲線呈下降趨勢，說明降水量、徑流量減少，泥沙曲線趨勢變化小，產(chǎn)沙量變化不明顯。1991—2002年累積距平曲線趨勢上升，表明該時(shí)間段內(nèi)降水量、徑流量和產(chǎn)沙量均增加。2002—2015年徑流量和產(chǎn)沙量累積距平曲線呈下降趨勢，說明徑流量和產(chǎn)沙量顯著減少，降水量曲線趨勢變化小，降水量變化幅度小。同時(shí)可以看出距平累積值在2002年有一個(gè)明顯的最高點(diǎn)，這與降水量在2002年出現(xiàn)極大值有關(guān)。由上述分析可知，1978—1984年降水量和徑流量趨于平穩(wěn)，而產(chǎn)沙量卻大幅增加，這與植被砍伐密切相關(guān)，可見植被破壞后裸露的地表會(huì)加劇土壤侵蝕。1983年實(shí)施治理后，流域產(chǎn)沙量增加的幅度明顯減小，說明植被的恢復(fù)發(fā)揮了減少水土流失的作用。根據(jù)Mann-Kendall(MK)突變點(diǎn)檢測[15]結(jié)果顯示，產(chǎn)沙量在2008年發(fā)生突變。2008年以后，年泥沙總量急劇下降，植被修復(fù)工程的環(huán)境效用可見一斑。
圖2 流域多年實(shí)測降水量、徑流及產(chǎn)沙量變化
圖3 流域多年降水量、徑流量和產(chǎn)沙量累計(jì)距平曲線
變化量植被恢復(fù)前(1978—1983年)植被恢復(fù)后(1984—2015年)變化率/%(變化量)平均降水量/mm1518.451575.163.73(56.71)平均徑流量/mm1065.531080.921.44(15.39)平均徑流系數(shù)0.700.67-4.64(-0.03)平均年產(chǎn)沙量/t285788.04195853.81-31.47(-89934.23)
為了反映流域治理工程對(duì)產(chǎn)水、產(chǎn)沙的影響，以流域治理年份開始的1983年為節(jié)點(diǎn)，劃分為植被恢復(fù)前(1978—1983年)和植被恢復(fù)后(1984—2015年)兩個(gè)時(shí)段，分別進(jìn)行降水量、徑流量、徑流系數(shù)和產(chǎn)沙量的統(tǒng)計(jì)分析，見表3。治理前后年平均降水量增加了3.73%，年平均徑流量和降水量趨勢一致但增加幅度較小，僅為1.44%。但值得指出的是，治理前后的多年平均徑流系數(shù)從0.70變?yōu)?.67，意味著植被增加造成產(chǎn)水量的潛在減少。植被恢復(fù)前后年平均產(chǎn)沙量則有了顯著的減少，減少比率高達(dá)31.47%。
圖4 植被恢復(fù)前后各月平均降水量、徑流量和產(chǎn)沙量
對(duì)植被恢復(fù)前后兩個(gè)研究時(shí)段各月平均降水量、徑流量和產(chǎn)沙量求平均得到如圖4所示的兩個(gè)時(shí)段12個(gè)月的降水、徑流和產(chǎn)沙變化情況，圖4可以看出，植被恢復(fù)前后兩個(gè)時(shí)段最大月降水量時(shí)間上不一致，1978—1983年降水量最大月為4月，最大月平均降水量約為268.13 mm；1984—2015年降水量最大月為6月，最大月平均降水量約為266.56 mm，兩個(gè)研究段降水最大月相差1.57 mm。徑流最大月時(shí)間與各自最大月降水時(shí)間一致，兩個(gè)研究段的最大月徑流量卻相差16.51 mm，植被恢復(fù)后最大月徑流量比植被恢復(fù)前最大月徑流量減少7.17%。植被恢復(fù)前產(chǎn)沙量最大月份比降水最大月滯后一個(gè)月，最大月產(chǎn)沙量為81 723.62 t，植被恢復(fù)后產(chǎn)沙量最大月與降水最大月時(shí)間一致，最大月產(chǎn)沙量為63 932.27 t，植被恢復(fù)后最大月產(chǎn)沙量下降17 791.35 t，減少了21.77%，可見植被的恢復(fù)明顯改善了瀲水流域水土侵蝕狀況。
2.3 SWAT模型模擬分析
為了能更好地反映水沙過程對(duì)植被覆蓋(土地利用)變化的時(shí)空響應(yīng)，在SWAT模型校正的基礎(chǔ)上，保持其他參數(shù)不變，分別以1993年、2002年和2015年土地利用數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬結(jié)果的驗(yàn)證(表4)，本文以1985年作為模型預(yù)熱期，1986—1995年為模型率定期，以情景年1993年土地利用數(shù)據(jù)為輸入進(jìn)行模擬；1996—2005年、2006—2015年為驗(yàn)證期，其對(duì)應(yīng)的土地利用輸入數(shù)據(jù)分別為情景年2002年和2015年，分別對(duì)研究區(qū)內(nèi)年徑流量、產(chǎn)沙總量和月徑流量、產(chǎn)沙量進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果選用相關(guān)系數(shù)R2和Nash-Sutcliffe確定性系數(shù)Ens進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[16-17]。
表4 瀲水流域SWAT模型模擬精度評(píng)價(jià)
注：率定期為1986—1995年，驗(yàn)證期Ⅰ為1996—2005年，驗(yàn)證期Ⅱ?yàn)?006—2015年。
驗(yàn)證期Ⅰ中產(chǎn)沙量的相關(guān)系數(shù)為0.69，確定性系數(shù)0.63，與其他兩期相比明顯精度較低，主要是因?yàn)?998年中國南方地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的洪水災(zāi)害，極端偏大的觀測值，影響了總體的模擬精度。如果排除掉1998年，則驗(yàn)證期Ⅰ的相關(guān)系數(shù)為0.91，確定性系數(shù)為0.73。通常認(rèn)為Ens大于0.50，R2大于0.65時(shí)，模型模擬效果理想[16]，因此模擬結(jié)果可進(jìn)一步應(yīng)用于分析植被覆蓋變化對(duì)流域產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響。
2.3.1 土地利用變化對(duì)流域多年平均徑流量和產(chǎn)沙量的影響分析 從表5中多年平均徑流量可知，1993年情景下模擬的多年平均徑流量最大，2015年情景下模擬的多年平均徑流量最小。由此可以看出，隨著林地面積的不斷增加，流域多年平均徑流量逐漸減少，2002年情景下相比1993年減少了6.97 mm，2015年情景下相比2002年減少了10.21 mm。
表5 林地面積變化與各情景年多年平均徑流深和產(chǎn)沙量的關(guān)系
從3種情景模擬的多年平均產(chǎn)沙量可知，瀲水流域多年平均產(chǎn)沙量總體呈現(xiàn)下降趨勢，與多年平均徑流量保持一致的變化趨勢。但是與多年平均徑流量相比，2015年情景年比2002年產(chǎn)沙量減少了57.60%，減少幅度大，這表明在瀲水流域土地利用的變化對(duì)產(chǎn)沙量的影響更加顯著，退耕還林的水土保持措施的減沙率高于減水率。
2.3.2 土地利用變化對(duì)流域最大月徑流量、產(chǎn)沙量的影響分析 表6中對(duì)3種土地利用情景年下模擬出的最大月徑流量和產(chǎn)沙量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，從表中可以看出，最大月徑流量和產(chǎn)沙量發(fā)生的時(shí)間一致，隨著植被覆蓋率的增加，瀲水流域在1993年、2002年及2015年土地利用情景下模擬出的最大月徑流逐漸減少，最大月產(chǎn)沙量也逐漸減少，2015年情景年下模擬出的最大月產(chǎn)沙量比1993年情景年下模擬的產(chǎn)沙量減少將近一倍，可見林地面積增大、裸地面積減少對(duì)最大月產(chǎn)沙量的影響是巨大的。
表6 不同情景年模擬的最大月徑流和產(chǎn)沙量對(duì)比
2.3.3 典型子流域土地利用變化對(duì)產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響分析 1993—2015年期間，瀲水流域地類之間的轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為耕地和其他用地(主要是裸地)的減少，林地及住宅用地的增加，增加量以林地面積為主。在空間上，類型之間可能會(huì)出現(xiàn)互轉(zhuǎn)的情況，在時(shí)間上，類型也可能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的情況。為了進(jìn)一步了解產(chǎn)水、產(chǎn)沙的變化是由哪些土地利用類型轉(zhuǎn)變引起的，在子流域中選取地類變化最大的子流域作為典型進(jìn)行分析，以1993年土地利用數(shù)據(jù)為參考與2015年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，選出某一種土地利用類型變化最大的子流域作為典型區(qū)。因?yàn)樽≌玫孛娣e和水域面積的絕對(duì)量變化都很小，可忽略不計(jì)，因此在選取時(shí)只考慮了耕地、林地和其他用地的變化情況，篩選時(shí)發(fā)現(xiàn)，在59個(gè)子流域中，沒有耕地和裸地面積增加的情況，林地面積雖出現(xiàn)減少的情況，但減少率不超過0.5%，變化不明顯，因此不作為典型進(jìn)行分析。最終確定了3個(gè)子流域，對(duì)其徑流和泥沙的變化情況進(jìn)行分析，具體見表7。
表7 子流域土地利用變化最大的徑流與泥沙變化情況
從表7中的典型子流域可以看出，30 a來土地利用變化對(duì)子流域的徑流量影響較小，但對(duì)產(chǎn)沙量的影響較大。土地利用變化對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量的響應(yīng)程度一致，徑流減少時(shí)產(chǎn)沙量也對(duì)應(yīng)減少。這說明耕地和裸地面積減少或林地面積增加會(huì)導(dǎo)致流域內(nèi)產(chǎn)水量產(chǎn)沙量減少，因?yàn)榱值孛娣e增加，植被的蒸騰作用加強(qiáng)，流域內(nèi)水蒸發(fā)速度加快，從而使得徑流量減少[12]，徑流量減少的同時(shí)產(chǎn)沙能力也減小，水中的含沙量隨之降低。同時(shí)，林地面積不斷增加，隨著樹木的生長，樹冠具有的截留功能也增強(qiáng)，降落雨滴的動(dòng)能減小，且由于森林殘落物層的存在[18-19]，使得雨滴對(duì)土壤的侵蝕以及水流的搬運(yùn)能力下降，產(chǎn)沙量減少。
2.3.4 土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征分析 根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)中關(guān)于南方紅壤丘陵區(qū)的土壤侵蝕分級(jí)分類指標(biāo)，將瀲水流域各子流域的土壤侵蝕程度進(jìn)行分級(jí)(表8)。對(duì)模擬的3種情景年下各子流域多年平均產(chǎn)沙量進(jìn)行侵蝕等級(jí)劃分并制圖，見圖5。
表8 土壤侵蝕強(qiáng)度分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
土壤侵蝕強(qiáng)度變化不大，僅17號(hào)和57號(hào)子流域從1993年情景年的中度侵蝕轉(zhuǎn)變成2002年情景年的輕度侵蝕，22號(hào)子流域從微度侵蝕轉(zhuǎn)變成輕度侵蝕，55號(hào)子流域從中度侵蝕轉(zhuǎn)變成強(qiáng)烈侵蝕。其中17，57號(hào)子流域中林地面積均增加了30%、裸地減少30%，土壤侵蝕程度降低。55號(hào)子流域裸地面積增加25%，土壤侵蝕程度增強(qiáng)。在2015年情景年下已經(jīng)沒有強(qiáng)烈和劇烈兩個(gè)侵蝕程度的子流域，大部分子流域都是微度侵蝕，8個(gè)子流域?yàn)檩p度侵蝕，僅有1個(gè)子流域?yàn)橹卸惹治g，主要發(fā)生變化是林地面積增加、耕地和裸地面積減少造成的。
3 討 論
從被稱為南方沙漠到80%的土地利用類型都是林地，這歸因于1983年開始的治理工程，到20世紀(jì)90年代，瀲水流域林地面積相比70年代已經(jīng)增加了45%[12]，這說明植樹造林工程的確在植被覆蓋率上初有成效，但1986—2005年產(chǎn)沙量僅減少5.09%，而從2005到2015年林地面積僅增加11%，但是產(chǎn)沙量卻減少57.6%，這說明植樹造林是引起流域產(chǎn)沙量減少的重要因素，但植樹造林功效的體現(xiàn)需要一個(gè)漫長的過程，隨著樹木的生長，其郁閉度、葉面積指數(shù)增加，樹冠對(duì)雨滴的減能作用更加明顯。從試驗(yàn)結(jié)果分析可知，由于植被生長緩慢，真正發(fā)揮出生態(tài)效益從突變點(diǎn)2008年開始，泥沙含量大幅度下降，也就是說，至少需要20 a時(shí)間植被的恢復(fù)工程才發(fā)揮其對(duì)土壤侵蝕防治的真正作用。
圖5 1993年，2002年，2015年情景年下各子流域土壤侵蝕強(qiáng)度
4 結(jié) 論
(1) 江西興國瀲水流域土地利用類型主要是林地、耕地和未利用地，1975—2015年，林地面積由27 544 hm2增加到46 569 hm2，增加了69%；耕地面積由17 606 hm2減少到8 104 hm2，減少了53.9%；未利用地面積由10 257 hm2減少到591 hm2，減少了94.6%。
(2) 多年實(shí)測平均降水量、徑流量均沒有顯著上升或下降的趨勢，多年實(shí)測產(chǎn)沙量呈現(xiàn)出顯著減少的趨勢，且在2008年發(fā)生突變，產(chǎn)沙量急劇下降。
(3) 植被恢復(fù)前后兩個(gè)研究時(shí)段相比，徑流量增加了1.44%(兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)降水量增加了3.73%的緣故)，徑流系數(shù)由植被恢復(fù)前的0.7下降到恢復(fù)后0.67，產(chǎn)沙量減少了31.47%。同時(shí)植被恢復(fù)前后最大月徑流量也減少了16.51 mm，降低7.17%，最大月產(chǎn)沙量減少17 791.35 ton，減少了21.77%。
(4) 三期土地利用情景模擬下的徑流量變化不大，變化率不超過1%，但是對(duì)產(chǎn)沙量的影響較大，尤其是2002—2015年，兩期土地利用情景下，多年平均產(chǎn)沙量減少了57.6%。隨著三期土地利用中林地面積的不斷增加、耕地和裸地面積的減少，模擬的最大月徑流量和產(chǎn)沙量也隨之減少，2015年情景年模擬的最大月產(chǎn)沙量比2002年情景年模擬值減少50%。
(5) 植樹造林是防治水土流失的重要措施，但是植被功能的發(fā)揮需要時(shí)間，在瀲水流域，從1983年開始進(jìn)行植被恢復(fù)的治理工程到泥沙侵蝕量明顯減少至少需要20 a時(shí)間。
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喬 雪,李 碩,陳伊郴
(1.虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京師范大學(xué)),南京 210023; 2.江蘇省地理環(huán)境演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育建設(shè)點(diǎn),南京 210023; 3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210023)
20世紀(jì)60年代以來，江西興國縣瀲水流域植被破壞嚴(yán)重，地表裸露，溝壑縱橫，表層細(xì)顆粒土壤流失嚴(yán)重，是我國土壤侵蝕最劇烈的地區(qū)之一。1983年起，興國縣被國家確定為水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，此后開展了一系列小流域治理活動(dòng)，包括退耕還林、植樹造林以及天然林保護(hù)等方面的措施[1-2]。經(jīng)過30多年的治理，目前瀲水流域水土流失狀況是否得到明顯的改善？劇烈侵蝕環(huán)境下植被恢復(fù)呈現(xiàn)什么樣的水文響應(yīng)？是值得探討的科學(xué)問題。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量關(guān)于植被變化對(duì)流域產(chǎn)流和產(chǎn)沙影響的研究工作，主要的研究方法包括“流域?qū)Α狈?、水量平衡法以及模型模擬等方法?！傲饔?qū)Α狈▽?duì)樣本流域大小、方位、海拔、局部氣候、土壤和植被特征的相似性要求較高[3]，通過“流域?qū)Α痹囼?yàn)可以探討連續(xù)、不斷變化的植被結(jié)構(gòu)和組成對(duì)徑流的影響[4]。水量平衡法則是根據(jù)研究流域植被變化前后降水、蒸散損失量的改變來確定徑流量的變化，鄧慧平等[5]根據(jù)流域水量平衡模型和未來氣候情景計(jì)算水量平衡各分量的可能變化，研究發(fā)現(xiàn)在沱江流域當(dāng)降水變化±10%，徑流量變化在±35%左右。Ge Sun等[6]利用ET方程對(duì)我國不同地理區(qū)域造林對(duì)年產(chǎn)水量的潛在影響進(jìn)行評(píng)估。模型模擬則是以植被變化前后氣象、土地利用、土壤等參數(shù)為輸入來模擬水量和產(chǎn)沙量的變化，Zuo等[7]通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、水文模擬和土地利用圖的綜合使用，發(fā)現(xiàn)黃土高原土地利用和氣候變化均對(duì)皇甫川流域產(chǎn)沙量的影響大于產(chǎn)水量。黎云云等[8]利用SWAT水文模型，分析了土地利用變化在年和季的尺度上對(duì)渭河流域徑流的影響。在地理過程(產(chǎn)水、產(chǎn)沙)對(duì)土地利用變化響應(yīng)研究中，利用校正的過程模型結(jié)合情景分析是常用和較為準(zhǔn)確的方法。
本文利用美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所開發(fā)的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型，利用3個(gè)時(shí)段的土地利用情景，通過統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)理過程模型的模擬計(jì)算等手段分析40 a來瀲水流域土地利用變化對(duì)流域產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響及數(shù)量特征，從而為中國南方丘陵區(qū)水土流失的治理和生態(tài)恢復(fù)與重建工程的效用做出有效評(píng)價(jià)。
1 研究方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)選擇了江西省興國縣東北部的瀲水河流域，地理坐標(biāo)為115°30′50″—115°52′12″E，26°18′04″—26°36′48″N，流域面積為579.25 km2。流域西南低，東北高，高程變化在200～1 200 m，地形起伏較大，以低山丘陵為主(圖1)。流域內(nèi)部水系發(fā)達(dá)，流域出口位于西南的東村水文站所在地。氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，多年平均溫度為18.9℃，多年平均降水量為1 576.1 mm。流域內(nèi)部植被主要為常綠闊葉林和針葉林，針葉林以馬尾松林為主。農(nóng)田以水稻田為主。土壤類型主要是水稻土和棕紅壤，局部有石灰?guī)r土、紅壤、黃紅壤等。瀲水流域在20世紀(jì)中葉由于植被的破壞，地表裸露，土壤侵蝕嚴(yán)重，一度被稱之為中國的“南方沙漠“，1983年興國縣被列為國家土壤侵蝕治理的重點(diǎn)縣，瀲水流域作為重點(diǎn)區(qū)域開展了原始林保護(hù)、退耕還林、植樹造林、封山育林等植被恢復(fù)為主的治理措施，治理工程迄今已過去30余年，該區(qū)域地面覆被發(fā)生了明顯的變化，也為我們研究土地利用變化的水文響應(yīng)提供了契機(jī)。
圖1 瀲水流域位置
1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的來源及整理
研究中使用的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括地形、土壤、土地利用數(shù)據(jù)，以及氣象、水文數(shù)據(jù)，其屬性和來源如表1所示。
表1 瀲水流域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)描述
注：氣象數(shù)據(jù)時(shí)段為1985—2015年，流量觀測值時(shí)間段為1978—2015年，泥沙觀測值時(shí)段為1978—2014年。
1.3 采用的模型及研究方法
整體的研究思路是利用瀲水流域1993年、2002年、2015年的三期土地利用數(shù)據(jù)并借助1975年土地利用數(shù)據(jù)，分析瀲水流域四十多年來的土地利用變化與數(shù)量特征；采用累計(jì)距平曲線的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)瀲水流域多年來水量和含沙量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行變化趨勢分析；以三期土地利用數(shù)據(jù)分別作為SWAT模型的輸入，研究流域內(nèi)土地利用變化對(duì)內(nèi)產(chǎn)水和產(chǎn)沙的影響程度，從而對(duì)瀲水流域水土保持治理工程的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
研究中用到的SWAT模型是美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所開發(fā)的連續(xù)時(shí)段、分布式機(jī)理過程模型，具有一定的物理基礎(chǔ)[9-10]，模型分布式的參數(shù)輸入和空間產(chǎn)出結(jié)果可同RS和GIS結(jié)合，靈活地設(shè)置土地利用變化情景，模擬不同土地利用變化情景下的水文、泥沙和化學(xué)徑流的響應(yīng)。SWAT模型在國內(nèi)外已有較為廣泛的應(yīng)用[8,11]，其建模原理和分布式的應(yīng)用方法，文中不再贅述。
2 結(jié)果與分析
2.1 瀲水流域土地利用變化遙感制圖和分析
1993年、2002年、2015年土地利用均采用國家土地利用現(xiàn)狀分類GB/T2010—2007標(biāo)準(zhǔn)，共八大類，按一級(jí)類型進(jìn)行合并，1975年、1993年、2002年和2015年土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。其中1975年土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果參考Shuo li等的研究成果[12]。
表2 4期土地利用類型面積及面積百分比統(tǒng)計(jì)結(jié)果
從表2中可以看出，瀲水流域主要土地利用類型以林地和耕地為主，除1975年外，其余3期土地利用中二者面積之和占總流域面積的90%以上。1975—1993年，林地面積從27 544 hm2增加到39 726 hm2，占流域總面積百分比從47.55%到68.59%，面積增加了21.04%。裸地和耕地分別減少了11.21%和8.41%，意味著退耕還林、植樹造林工程的開展。住宅用地略有增加(0.33%)，池塘水庫等水域面積略有減少(1.74%)。1993—2002年、2002—2015年，林地持續(xù)保持增加的趨勢，兩期林地面積百分比分別增加了2.59%和9.22%，表現(xiàn)在裸地和耕地的減少，尤其是2002年后，瀲水流域在坡地推廣了果(橙)、茶(油茶)經(jīng)濟(jì)作物的種植，使得耕地面積和裸地減少?？傮w而言，瀲水流域植被覆蓋率從1975年的47.55%到2015年的80.4%，面積增加了約32.85%，林地面積大幅度增長，由此帶來的水文效應(yīng)見下節(jié)分析。
2.2 瀲水流域徑流量和產(chǎn)沙量時(shí)間序列分析
根據(jù)現(xiàn)有的徑流、泥沙觀測數(shù)據(jù)，1978—2015年降水量、徑流量及產(chǎn)沙量時(shí)間序列及相應(yīng)的線性趨勢線如圖2所示，圖中可看出1978—2015年徑流量基本平穩(wěn)，降水量呈微弱上升趨勢，產(chǎn)沙量則呈現(xiàn)下降趨勢，在95%置信度區(qū)間，年產(chǎn)沙量的p值[13]為0.002，呈現(xiàn)出顯著減少的趨勢。
為了更深入了解徑流量和產(chǎn)沙量變化的情況，對(duì)多年降水量、徑流量和產(chǎn)沙量做累積距平分析[14]，曲線的變化反映了特定時(shí)段上升和下降的趨勢。圖3所示，1978—1984年降水量、徑流量累積距平曲線趨勢變化小，泥沙曲線則呈上升趨勢，意味著這個(gè)時(shí)段產(chǎn)沙量增加。1985—1991年降水量和徑流量累積距平曲線呈下降趨勢，說明降水量、徑流量減少，泥沙曲線趨勢變化小，產(chǎn)沙量變化不明顯。1991—2002年累積距平曲線趨勢上升，表明該時(shí)間段內(nèi)降水量、徑流量和產(chǎn)沙量均增加。2002—2015年徑流量和產(chǎn)沙量累積距平曲線呈下降趨勢，說明徑流量和產(chǎn)沙量顯著減少，降水量曲線趨勢變化小，降水量變化幅度小。同時(shí)可以看出距平累積值在2002年有一個(gè)明顯的最高點(diǎn)，這與降水量在2002年出現(xiàn)極大值有關(guān)。由上述分析可知，1978—1984年降水量和徑流量趨于平穩(wěn)，而產(chǎn)沙量卻大幅增加，這與植被砍伐密切相關(guān)，可見植被破壞后裸露的地表會(huì)加劇土壤侵蝕。1983年實(shí)施治理后，流域產(chǎn)沙量增加的幅度明顯減小，說明植被的恢復(fù)發(fā)揮了減少水土流失的作用。根據(jù)Mann-Kendall(MK)突變點(diǎn)檢測[15]結(jié)果顯示，產(chǎn)沙量在2008年發(fā)生突變。2008年以后，年泥沙總量急劇下降，植被修復(fù)工程的環(huán)境效用可見一斑。
圖2 流域多年實(shí)測降水量、徑流及產(chǎn)沙量變化
圖3 流域多年降水量、徑流量和產(chǎn)沙量累計(jì)距平曲線
變化量植被恢復(fù)前(1978—1983年)植被恢復(fù)后(1984—2015年)變化率/%(變化量)平均降水量/mm1518.451575.163.73(56.71)平均徑流量/mm1065.531080.921.44(15.39)平均徑流系數(shù)0.700.67-4.64(-0.03)平均年產(chǎn)沙量/t285788.04195853.81-31.47(-89934.23)
為了反映流域治理工程對(duì)產(chǎn)水、產(chǎn)沙的影響，以流域治理年份開始的1983年為節(jié)點(diǎn)，劃分為植被恢復(fù)前(1978—1983年)和植被恢復(fù)后(1984—2015年)兩個(gè)時(shí)段，分別進(jìn)行降水量、徑流量、徑流系數(shù)和產(chǎn)沙量的統(tǒng)計(jì)分析，見表3。治理前后年平均降水量增加了3.73%，年平均徑流量和降水量趨勢一致但增加幅度較小，僅為1.44%。但值得指出的是，治理前后的多年平均徑流系數(shù)從0.70變?yōu)?.67，意味著植被增加造成產(chǎn)水量的潛在減少。植被恢復(fù)前后年平均產(chǎn)沙量則有了顯著的減少，減少比率高達(dá)31.47%。
圖4 植被恢復(fù)前后各月平均降水量、徑流量和產(chǎn)沙量
對(duì)植被恢復(fù)前后兩個(gè)研究時(shí)段各月平均降水量、徑流量和產(chǎn)沙量求平均得到如圖4所示的兩個(gè)時(shí)段12個(gè)月的降水、徑流和產(chǎn)沙變化情況，圖4可以看出，植被恢復(fù)前后兩個(gè)時(shí)段最大月降水量時(shí)間上不一致，1978—1983年降水量最大月為4月，最大月平均降水量約為268.13 mm；1984—2015年降水量最大月為6月，最大月平均降水量約為266.56 mm，兩個(gè)研究段降水最大月相差1.57 mm。徑流最大月時(shí)間與各自最大月降水時(shí)間一致，兩個(gè)研究段的最大月徑流量卻相差16.51 mm，植被恢復(fù)后最大月徑流量比植被恢復(fù)前最大月徑流量減少7.17%。植被恢復(fù)前產(chǎn)沙量最大月份比降水最大月滯后一個(gè)月，最大月產(chǎn)沙量為81 723.62 t，植被恢復(fù)后產(chǎn)沙量最大月與降水最大月時(shí)間一致，最大月產(chǎn)沙量為63 932.27 t，植被恢復(fù)后最大月產(chǎn)沙量下降17 791.35 t，減少了21.77%，可見植被的恢復(fù)明顯改善了瀲水流域水土侵蝕狀況。
2.3 SWAT模型模擬分析
為了能更好地反映水沙過程對(duì)植被覆蓋(土地利用)變化的時(shí)空響應(yīng)，在SWAT模型校正的基礎(chǔ)上，保持其他參數(shù)不變，分別以1993年、2002年和2015年土地利用數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬結(jié)果的驗(yàn)證(表4)，本文以1985年作為模型預(yù)熱期，1986—1995年為模型率定期，以情景年1993年土地利用數(shù)據(jù)為輸入進(jìn)行模擬；1996—2005年、2006—2015年為驗(yàn)證期，其對(duì)應(yīng)的土地利用輸入數(shù)據(jù)分別為情景年2002年和2015年，分別對(duì)研究區(qū)內(nèi)年徑流量、產(chǎn)沙總量和月徑流量、產(chǎn)沙量進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果選用相關(guān)系數(shù)R2和Nash-Sutcliffe確定性系數(shù)Ens進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[16-17]。
表4 瀲水流域SWAT模型模擬精度評(píng)價(jià)
注：率定期為1986—1995年，驗(yàn)證期Ⅰ為1996—2005年，驗(yàn)證期Ⅱ?yàn)?006—2015年。
驗(yàn)證期Ⅰ中產(chǎn)沙量的相關(guān)系數(shù)為0.69，確定性系數(shù)0.63，與其他兩期相比明顯精度較低，主要是因?yàn)?998年中國南方地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的洪水災(zāi)害，極端偏大的觀測值，影響了總體的模擬精度。如果排除掉1998年，則驗(yàn)證期Ⅰ的相關(guān)系數(shù)為0.91，確定性系數(shù)為0.73。通常認(rèn)為Ens大于0.50，R2大于0.65時(shí)，模型模擬效果理想[16]，因此模擬結(jié)果可進(jìn)一步應(yīng)用于分析植被覆蓋變化對(duì)流域產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響。
2.3.1 土地利用變化對(duì)流域多年平均徑流量和產(chǎn)沙量的影響分析 從表5中多年平均徑流量可知，1993年情景下模擬的多年平均徑流量最大，2015年情景下模擬的多年平均徑流量最小。由此可以看出，隨著林地面積的不斷增加，流域多年平均徑流量逐漸減少，2002年情景下相比1993年減少了6.97 mm，2015年情景下相比2002年減少了10.21 mm。
表5 林地面積變化與各情景年多年平均徑流深和產(chǎn)沙量的關(guān)系
從3種情景模擬的多年平均產(chǎn)沙量可知，瀲水流域多年平均產(chǎn)沙量總體呈現(xiàn)下降趨勢，與多年平均徑流量保持一致的變化趨勢。但是與多年平均徑流量相比，2015年情景年比2002年產(chǎn)沙量減少了57.60%，減少幅度大，這表明在瀲水流域土地利用的變化對(duì)產(chǎn)沙量的影響更加顯著，退耕還林的水土保持措施的減沙率高于減水率。
2.3.2 土地利用變化對(duì)流域最大月徑流量、產(chǎn)沙量的影響分析 表6中對(duì)3種土地利用情景年下模擬出的最大月徑流量和產(chǎn)沙量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析，從表中可以看出，最大月徑流量和產(chǎn)沙量發(fā)生的時(shí)間一致，隨著植被覆蓋率的增加，瀲水流域在1993年、2002年及2015年土地利用情景下模擬出的最大月徑流逐漸減少，最大月產(chǎn)沙量也逐漸減少，2015年情景年下模擬出的最大月產(chǎn)沙量比1993年情景年下模擬的產(chǎn)沙量減少將近一倍，可見林地面積增大、裸地面積減少對(duì)最大月產(chǎn)沙量的影響是巨大的。
表6 不同情景年模擬的最大月徑流和產(chǎn)沙量對(duì)比
2.3.3 典型子流域土地利用變化對(duì)產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響分析 1993—2015年期間，瀲水流域地類之間的轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為耕地和其他用地(主要是裸地)的減少，林地及住宅用地的增加，增加量以林地面積為主。在空間上，類型之間可能會(huì)出現(xiàn)互轉(zhuǎn)的情況，在時(shí)間上，類型也可能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的情況。為了進(jìn)一步了解產(chǎn)水、產(chǎn)沙的變化是由哪些土地利用類型轉(zhuǎn)變引起的，在子流域中選取地類變化最大的子流域作為典型進(jìn)行分析，以1993年土地利用數(shù)據(jù)為參考與2015年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，選出某一種土地利用類型變化最大的子流域作為典型區(qū)。因?yàn)樽≌玫孛娣e和水域面積的絕對(duì)量變化都很小，可忽略不計(jì)，因此在選取時(shí)只考慮了耕地、林地和其他用地的變化情況，篩選時(shí)發(fā)現(xiàn)，在59個(gè)子流域中，沒有耕地和裸地面積增加的情況，林地面積雖出現(xiàn)減少的情況，但減少率不超過0.5%，變化不明顯，因此不作為典型進(jìn)行分析。最終確定了3個(gè)子流域，對(duì)其徑流和泥沙的變化情況進(jìn)行分析，具體見表7。
表7 子流域土地利用變化最大的徑流與泥沙變化情況
從表7中的典型子流域可以看出，30 a來土地利用變化對(duì)子流域的徑流量影響較小，但對(duì)產(chǎn)沙量的影響較大。土地利用變化對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量的響應(yīng)程度一致，徑流減少時(shí)產(chǎn)沙量也對(duì)應(yīng)減少。這說明耕地和裸地面積減少或林地面積增加會(huì)導(dǎo)致流域內(nèi)產(chǎn)水量產(chǎn)沙量減少，因?yàn)榱值孛娣e增加，植被的蒸騰作用加強(qiáng)，流域內(nèi)水蒸發(fā)速度加快，從而使得徑流量減少[12]，徑流量減少的同時(shí)產(chǎn)沙能力也減小，水中的含沙量隨之降低。同時(shí)，林地面積不斷增加，隨著樹木的生長，樹冠具有的截留功能也增強(qiáng)，降落雨滴的動(dòng)能減小，且由于森林殘落物層的存在[18-19]，使得雨滴對(duì)土壤的侵蝕以及水流的搬運(yùn)能力下降，產(chǎn)沙量減少。
2.3.4 土壤侵蝕強(qiáng)度空間分布特征分析 根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)中關(guān)于南方紅壤丘陵區(qū)的土壤侵蝕分級(jí)分類指標(biāo)，將瀲水流域各子流域的土壤侵蝕程度進(jìn)行分級(jí)(表8)。對(duì)模擬的3種情景年下各子流域多年平均產(chǎn)沙量進(jìn)行侵蝕等級(jí)劃分并制圖，見圖5。
表8 土壤侵蝕強(qiáng)度分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
土壤侵蝕強(qiáng)度變化不大，僅17號(hào)和57號(hào)子流域從1993年情景年的中度侵蝕轉(zhuǎn)變成2002年情景年的輕度侵蝕，22號(hào)子流域從微度侵蝕轉(zhuǎn)變成輕度侵蝕，55號(hào)子流域從中度侵蝕轉(zhuǎn)變成強(qiáng)烈侵蝕。其中17，57號(hào)子流域中林地面積均增加了30%、裸地減少30%，土壤侵蝕程度降低。55號(hào)子流域裸地面積增加25%，土壤侵蝕程度增強(qiáng)。在2015年情景年下已經(jīng)沒有強(qiáng)烈和劇烈兩個(gè)侵蝕程度的子流域，大部分子流域都是微度侵蝕，8個(gè)子流域?yàn)檩p度侵蝕，僅有1個(gè)子流域?yàn)橹卸惹治g，主要發(fā)生變化是林地面積增加、耕地和裸地面積減少造成的。
3 討 論
從被稱為南方沙漠到80%的土地利用類型都是林地，這歸因于1983年開始的治理工程，到20世紀(jì)90年代，瀲水流域林地面積相比70年代已經(jīng)增加了45%[12]，這說明植樹造林工程的確在植被覆蓋率上初有成效，但1986—2005年產(chǎn)沙量僅減少5.09%，而從2005到2015年林地面積僅增加11%，但是產(chǎn)沙量卻減少57.6%，這說明植樹造林是引起流域產(chǎn)沙量減少的重要因素，但植樹造林功效的體現(xiàn)需要一個(gè)漫長的過程，隨著樹木的生長，其郁閉度、葉面積指數(shù)增加，樹冠對(duì)雨滴的減能作用更加明顯。從試驗(yàn)結(jié)果分析可知，由于植被生長緩慢，真正發(fā)揮出生態(tài)效益從突變點(diǎn)2008年開始，泥沙含量大幅度下降，也就是說，至少需要20 a時(shí)間植被的恢復(fù)工程才發(fā)揮其對(duì)土壤侵蝕防治的真正作用。
圖5 1993年，2002年，2015年情景年下各子流域土壤侵蝕強(qiáng)度
4 結(jié) 論
(1) 江西興國瀲水流域土地利用類型主要是林地、耕地和未利用地，1975—2015年，林地面積由27 544 hm2增加到46 569 hm2，增加了69%；耕地面積由17 606 hm2減少到8 104 hm2，減少了53.9%；未利用地面積由10 257 hm2減少到591 hm2，減少了94.6%。
(2) 多年實(shí)測平均降水量、徑流量均沒有顯著上升或下降的趨勢，多年實(shí)測產(chǎn)沙量呈現(xiàn)出顯著減少的趨勢，且在2008年發(fā)生突變，產(chǎn)沙量急劇下降。
(3) 植被恢復(fù)前后兩個(gè)研究時(shí)段相比，徑流量增加了1.44%(兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)降水量增加了3.73%的緣故)，徑流系數(shù)由植被恢復(fù)前的0.7下降到恢復(fù)后0.67，產(chǎn)沙量減少了31.47%。同時(shí)植被恢復(fù)前后最大月徑流量也減少了16.51 mm，降低7.17%，最大月產(chǎn)沙量減少17 791.35 ton，減少了21.77%。
(4) 三期土地利用情景模擬下的徑流量變化不大，變化率不超過1%，但是對(duì)產(chǎn)沙量的影響較大，尤其是2002—2015年，兩期土地利用情景下，多年平均產(chǎn)沙量減少了57.6%。隨著三期土地利用中林地面積的不斷增加、耕地和裸地面積的減少，模擬的最大月徑流量和產(chǎn)沙量也隨之減少，2015年情景年模擬的最大月產(chǎn)沙量比2002年情景年模擬值減少50%。
(5) 植樹造林是防治水土流失的重要措施，但是植被功能的發(fā)揮需要時(shí)間，在瀲水流域，從1983年開始進(jìn)行植被恢復(fù)的治理工程到泥沙侵蝕量明顯減少至少需要20 a時(shí)間。
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