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水科 学研究 2007年第 1 期 Water Science Research Vol. 1 No.1 土地利用/覆被变化的水文水资源效应研究评述韩淑敏 谢平 朱勇 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北·武汉，430072 摘要 由于 人类活动 的 影响，全 球 淡水资源 不 断减少， 水 旱灾害频 繁 发生，水 质 退 化 ，水问题已成为不少国家和地区经济可持续发展最突出的问题，引起了人类社会的广泛关注人类活动引起的土地利用 /覆被变化（ LUCC）是其发生的重要原因之一，研究 LUCC的水文水资源效应具有重要的意义 本文回顾了 LUCC 水文水资源效应的研究进展， 主要包括 LUCC 对水文水资源过程的影响，LUCC 水文水资源效应的研究方法，并且讨论了存在的问题， 指出 LUCC 水文水资源效应研究的重点是建立一个基于 LUCC、 集 成 GIS、 水量与水质变化过程的分布式模型 关键 词 土地利用 /覆被变化，水文水资源效应，流域，水文模型 1 引言 近年来，随着社会经济的发展，自然环境的演化发生了巨大变化。

水资源作为人类的生命之源，是全球社会经济发展不可替代的资源但是由于人类活动的功利性，地球上的淡水资源不断减少、水旱灾害频繁发生、水质退化，许多地区正在发生严重的水问题[1]目前，水问题已成为不少国家和地区经济发展最突出的问题，引起了人类社 会 的广泛关注 土地是一种生态系统，人类对土地的使用，会在不同方面对其产生影响，进而对依附于土地 的 生态系统 及 环境产生 作 用由人 类 活动引起 的 土地利用 /覆 被变化（ Land use-Land cover change，简 称 LUCC）是全球环境变化在地球上留下的最直接、最重要遗迹的载 体[2] 国际地 圈－ 生物圈 计划 (IGBP)和全球 环境变 化中 的人文 领域 计划 (IHDP)于1995 年联合 提出 “土地利 用 /覆被变化 ”研究计划以后，迅速引起许多学者的兴趣与关注，特别是与人类活动密切相关的 LUCC的环境效应越来越受重视 土地与水的关系，始终密不可分水多成洪，作物受淹；地下水位高，盐碱成灾；地下水位低，干旱加重生产生活用水增加，留给生态的水资源减少；上游用水增加，留给下游 的 水资源减 少 上述第 一 个问题涉 及 到 LUCC的 洪 旱灾害效 应 或称水文 效应 ；第二个问题涉及到 LUCC的水资源效应[3]。

此外， 大量农药、 化肥等化学物质的使用会造项目 ： 本文得 到中国科学院知识创新工程项目 (CX10G-E01-08/KZCX2-SW-317)资助 第一作 者简介 ： 韩淑敏（ 1981-） ，女，河南新乡人，硕士研究生，水文学及水资源专业 Email: hanshumin167@43水科 学研究 2007年第 1 期 Water Science Research Vol. 1 No.1 成水体的富营养化，使水质发生退化，也应该评估其水文水资源效应因此，以水问题为纽带， 研究 LUCC的水文水资源效应， 及其对水循环、 水量、 水质等的影响已成为 LUCC环境效应研究的重要课题 2 土地利用/覆被变化（LUCC）内涵 土地利 用是 指人类 为获 取所需 的产 品或服 务而 以土地 为对 象进行 的活 动[4]， “是人类根据土 地的 特点， 按一 定的经 济与 社会目 的， 采取一 系列 生物和 技术 手段， 对土 地进行的长期 性或 周期性 的经 营活动 ；它 是一个 把土 地的自 然生 态系统 变为 人工生 态系 统的过程 ”（联合国粮农组织 FAO） 。

土地覆被是指 “地球 陆地表面和 近地面层的 自然状态， 包括生物群落、土壤、地形、地表水、地下水及人文结构 ”，也就是说 “它包 含了地球陆地 表层和近地面层的自然状态 ”[4]土地覆被是地球表层的植被覆被物和人工覆被物的总称 土地利用导致的覆被变化主要有两种类型[5]： 渐变和转变 “渐变 ”是指同一种土地覆被类型内部条件的变化，如对森林进行疏伐，农田进行施肥等； “转变 ”是指一种覆被 类型转变 为另 一种覆 被类 型，如 森林 变为农 田， 农田变 为草 地等 土地 利用往 往表 现为功能性的特点， 土地覆被则表现为形态性的特点 土地利用是土地覆被变化的外在驱动力，而土地覆被又会反过来影响土地利用的方式，两者在地表构成一个统一的整体 3 LUCC 水文水资源效应的国内外研究进展 由于水文过程变化和影响机制的复杂性，土地利用 /覆被变化引起的水文水资源效应具有双向性和诸多不确定性，使得该研究比较复杂，发展滞缓过去对这方面的研究主要停留在一些定性的描述和统计分析上，而在实地观测的基础上进行定量研究以及利用遥感技术和地理信息系统建立分布式水文模型动态模拟 LUCC水文水资 源效应的研究相对比较薄弱。

3.1 LUCC 对水文水资源过程的影响 Calder[6]认为， 区域和地方尺度是全球变化最重要的来源与驱动力 流域是一个相对封闭的 区域 ，界限 容易 划定且 易于 认同， 水系 将整个 流域 连成一 个整 体因 此， 流域代表了水 与自 然特征 、人 类水土 资源 利用相 关的 物质迁 移的 自然空 间综 合体， 是与 水有关的区域尺度 研究的最佳 单元土地 利用 /覆被变 化影响雨水 的截留、填 洼、下渗、 蒸散 发等水文 要素 及其产 汇流 过程， 并进 而影响 流域 出口断 面的 流量过 程， 改变流 域洪 涝灾害发生的频率和强度 土地利用对水文水资源过程的影响主要表现在对水分循环和对水量水质的改变上[7]，44水科 学研究 2007年第 1 期 Water Science Research Vol. 1 No.1 土地覆被主 要影响水分 在流域中的 再分配与运 行过程，因 此，土地利 用 /覆被变化 影响 了水分的 再分 配规律 ，改 变了其 运行 过程 如果 降雨落 到不 透水层 上， 会立即 形成 径流，也许还 会形 成洪水 ，不 透水层 也会 立即变 干； 如果同 样的 水量落 到草 地或林 地上 ，被植被截留 以及 渗透到 土壤 内的水 量就 会多一 些， 之后再 以慢 速稳定 径流 到达河 道， 洪峰流量就会延迟。

为节省篇幅，本文重点介绍 LUCC对径流及水质的影响 3.1.1 LUCC 对径流的影响 在土地利用 /覆被变化的 水文水资源 效应研究中 ，森林水文 水资源效应 倍受关注 ， 特别是砍 伐森 林和植 树造 林对流 域径 流影响 的研 究较多 森 林的存 在是 否增加 径流 存在争议[8] 目前普遍存在的有三种观点：①美国、 日 本 、 英国等大多数研究证实森林的存在能减少径流[9] 许多流域的 研究也表明 ：森林用地 转换为耕地 （旱作物） 、 牧草地，会 导 致河川径 流增 加，暴 雨流 量、洪 峰流 量增加 ，洪 水位上 升到 达洪峰 值的 时间减 少， 洪峰速率增大[10]这些研究也从相反的方面证明了这一观点②前苏联的许多学者研究表明 ，森林的存在能增加径流量 前苏联斯莫列斯克、 季洛夫、 伏尔加河左岸的 3个地区 的统计资料表 明， 在相同 的气 候条件 下， 有林流 域较 无林流 域径 流量增 加 144mm，即森 林覆 被率每增 加 1%，年平 均径 流量增 加 1.1mm[11]马雪 华、陈 传友 在长江 上游 及金沙 江河 流域也得到过类似的结论[12]③森林的 存在对年径流没有什么影响。

比如在匈牙利西部阿 巴拉契山坡， 生长有枫树、 橡树林的集水区， 1957年实施 13%强度的择伐， 伐区与未经采伐的对照区相比较， 其径流 量和洪水性质、 水质没有 发生任何变化[12] 流域植被覆被变化 (渐变和转变 )对径流的影响往往随植被类型和气候等因素的不同而有差异多数流域研究表明干旱季节从森林流出的水比从其它类型土地流出的水量小[13]，然而在半干旱地区的 研究却有着相反的结论[14] 土地利用 /覆 被变化的洪 涝灾害效应 主要是通过 其对水量平 衡的影响， 直接或间 接 地影响降雨径流关系和产汇流过程， 从而对洪水频率产生一定的影响 国内学者陈军锋[15]结合长江上游 的梭磨河流 域开展了 LUCC对径流的 影响研究， 并且分 4种 情 景分析了洪 水重现期的 变化 土地 利用 变化也 能导 致水分 循环 的变化 ，进 而影响 水量 在空间 分布 上的变化比 如， 植被增 加、 作物高 产、 梯坝地 建设 可以增 强水 分小循 环， 减弱水 分大 循环，但深入的定量化研究尚需进一步开展 3.1.2 LUCC 对水质的影响 土地利用 /覆 被变化对水 质的影响主 要是通过非 点源污染途 径，几乎所 有非点源 污 染来源都和 LUCC紧密联 系 。

土壤侵蚀 是规模最大 、危害最为 严重的一种 非点源污染[16]45水科 学研究 2007年第 1 期 Water Science Research Vol. 1 No.1 LUCC特别是由农业用地强度增加产生的非点源污染是近年来国外研究的重点 农业被美国国家 环保 局列为 全美 河流污 染的 第一污 染源 化肥 、农 药的使 用， 农田污 水灌 溉都是非点源污染的重要来源国外的许多研究表明[17]：不同土地 利用类型对水质变化的作用不同， 总氮 和总磷 的比 率在林 地径 流中最 高， 农田中 次之 ，城市 中最 少，但 二者 的总量林地中最少 此外，土 地利用 /覆被 变化还通过 影响洪水流 量流速的变 化，进而影 响点 源污染和非点源污染的扩散规律， 减缓或者增强了污染的扩散， 影响了水质的空间分布[18]目前国内则在土地利用对生态过程的影响、 LUCC对生物多样性的影响以及非点源发生的机理等方面进行了大量的研究 此外， 围垦水域， 修建引水工程等对水文的影响也有不少报道 Hadidow latabadi[19]等结合 LUCC对水文过程的影响，粗略的概括了以往研究工作的成果（见表 1）。

表 1 土地利用 /覆被变化的水文效应 土地利用与覆被变化 地表径流 河川径流径流系数蒸散发 洪涝 水土流失 水质 湿润地区 增加 减小 减小 增加 增加 增加 下降 连片大面积森林受破坏， 森林覆被率下降干旱地区 增加 减小 增加 减小 增加 增加 下降 城市化不透水面积增加 增加 减小 增加 减小 增加 下降 围垦水域 增加 减小 增加 减小 增加 增加 下降 旱荒地改水田 ,旱地改水浇地 减小 增加 减小 增加 下降 3.2 LUCC 水文水资源效应研究方法 3.2.1 对比分析法 对比分析方法又分为两种， 一种是早期研究大都采用的试验流域的方法[8]， 即建立试验流域， 选择条件相同或相似的未经 LUCC影响的流域作为参证流域， 与试验流域同期的水文要素进行对比， 二者输出之差即为 LUCC对该流域的水文水资源效应 试验流域法把土地覆 被水 文水资 源效 应的评 估带 入科学 的途 径，但 这种 方法也 有其 局限性 试 验流域研究的 流域 小，采 用的 分析方 法多 为统计 方法 ，仅得 出一 些经验 公式 或统计 模型 ，缺乏具有普遍意义的理论模式[12]；野外影响水文效应的因素错综复杂，难以抓住主要因子 ，研究周期长，可对比性差[8]。

另一种方 法 是特征变 量 的时间序 列 分析法， 即 针对一个 流 域，选。