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景观格局和生态水文过程之间具有紧密的联系和相互作用，在半干旱地区这种联系尤为显著，是景观生态学研究的重要前沿领域。模型可以克服观测实验在数据可获取性、重复性和连续性等方面的缺陷，并可以有效提炼内在机制，成为研究景观格局与生态水文过程之间关系的有力工具。
黄土高原以高强度的人类活动、严重的水土流失闻名于世，为控制水土流失，在黄土高原实施了一系列的水土保持工程措施建设和植被恢复项目，改变了景观格局。定量地评价景观格局变化对黄土高原生态水文过程的影响并揭示其内在机理，具有重要的科学意义;而流域尺度上的模拟手段是解决这一问题的有效途径。
本文以地处黄土丘陵沟壑区的延河流域(7725km2)为研究区，以发展较为成熟的SWAT模型(SoilandWaterAssessmentTool)为主要工具，结合实地调查和遥感手段，在分析研究区植被状况空间分异特征的基础上，整合现有的数据和理论基础，分析土壤类型划分和空间离散方法对模型模拟结果的影响，并针对研究区特点对模型进行改进，获取精度更高的模拟结果;依据模型，模拟研究区水土保持工程措施建设和植被建设条件下的生态水文过程变化，对水土保持的水文效应进行评价。
通过植被调查和遥感影像反演，发现延河流域的植被盖度呈现南部边界条带、中部西南-东北走向条带较高，向上游和下游两个方向逐渐降低的趋势，并呈现无规则的破碎化特征。根据植被调查数据，以叶面积指数为植被状况的代表参数，与各影响因子进行多元回归分析，探讨了植被状况空间分异特征的成因。结果发现，叶面积指数除了受到以降水为代表的环境因子影响外，还受到种植年限、种植密度等人为因子的影响，这也是流域植被盖度呈现总体规律性、但内部破碎化的原因。
针对研究区植被盖度空间破碎化程度较高、地形复杂的特点，对模型模拟单元划分方法进行了改进，以土地利用类型、土壤类型、植被状况和坡度四个因素为划分因子，构建土地类型单元，作为模型基本计算单元进行水文模拟。由于考虑了植被状况并进行了坡度修正，提高了模型在研究区的适用性。以甘谷驿水文站为例，在1956-1960年的模拟中，月径流量模拟的Nash-Sufficient系数(ENs)和决定系数（R2）分别由0.685和0.692提升为0.706和0.777，月输沙量模拟的ENs和决定系数R2分别由0.427和0.630提高为0.654和0.682。
土壤类型划分对模拟结果具有重要影响。当黄绵土土类仅划分为一个土属时，靠近流域上游的水文站水文模拟效率较低;当黄绵土土类划分为沙黄绵土、黄绵土、灰黄绵土和墡黄绵土四个土属时，由于相对充分地考虑了流域内土壤类型空间分异，水文模拟效率得到提高，靠近流域上游的水文站水文模拟效率提高程度更明显。
但是，由于黄绵土土属的分布范围较大，模型未能考虑该土属属性的空间变异，在黄绵土土属占据较大面积、且靠近流域边缘的招安水文站水文模拟中，模拟效率较低。通过土壤参数调整，使招安水文站的水文模拟效率达到了合理值。
在土地类型单元划分和土壤类型细划及参数调整的基础上，对1956-1960年、1984-1987年和2006-2008年三个时段流域水文过程进行了模拟。由于流域内以淤地坝为代表的水土保持工程措施大量增加，后两个时段的水文模拟出现较大偏差。以各水文站模拟值作为基准值，观测值作为水保工程措施实施后的实际值，对工程措施的水文效应进行了评价，结果表明:
1)工程措施在总体上减小了径流量。以甘谷驿水文站控制流域为例，1984-1987年，因工程措施的存在，径流量减小了24.7％;工程措施的增加使径流量减少趋势更明显，2006-2008年，甘谷驿水文站控制流域径流量减少了37.3％。
2)工程措施减小了雨季(6-10月)的径流量和输沙量。甘谷驿水文站控制流域1984-1987年雨季的径流量减少了40.9％，输沙量减少37.7％;工程措施的增加使雨季径流量和输沙量减少趋势更明显，2006-2008年雨季的径流量减少了55.4％，输沙量减少75.6％。
3)工程措施增加了旱季(11月-次年4月)的径流量。甘谷驿水文站控制流域1984-1987年旱季的径流量增加了104.5％，旱季的基流量因工程措施的存在而增加，这应是旱季径流量增加的主要原因;随工程措施的增加，基流拦截效应超过基流增加效应，使流域旱季径流量增加率减少，2006-2008年，甘谷驿水文站控制流域旱季径流量增加率为46.0％。
1990年至2008年，流域内植被变化主要表现为农田面积比例大幅减少、草地面积大量增加、乔木林和灌木林的比例略增加。通过更改土地利用输入的方式，分析了1990年至2008年植被变化的水文效应。结果表明，植被变化使径流量和输沙量总体呈降低趋势，甘谷驿水文站控制流域植被变化引起的径流量平均减小4.7％，输沙量平均减少11.2％。
各水文站控制流域由于植被类型变化特征和植被状况变化特征的不同，水文效应表现不同;不同的气候条件下，植被变化的水文效应也有区别。总体上，耕地减少、林地增加、高盖度草地增加条件下，径流量和输沙量的减少趋势更为明显;降水量越小，植被变化引起的径流量和输沙量降低趋势越强。