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黄土高原是中国水资源短缺、水土流失严重、生态环境脆弱的典型区域之一。自1999年开始，国家级生态工程——退耕还林还草工程在黄土高原开始实施。黄土高原作为土地利用变化剧烈且水土流失严重两者兼备的研究区之一，其土地利用变化及其径流泥沙效应研究得到了广泛的关注，对黄土高原地区退耕政策实施以来的土地利用变化及其径流泥沙效应进行评估具有理论和现实的双重意义。 本文以黄土高原延河流域为研究区，构建了延河流域SWAT模型基础数据库，并验证了SWAT模型在延河流域的适用性，然后应用经过校验的SWAT模型模拟了延河流域自退耕还林还草工程实施以来2000-2015年土地利用变化对流域径流输沙量的影响，最后，根据全球气候变化模式的模拟结果预估了延河流域未来气候变化趋势，模拟了未来气候变化背景下延河流域径流泥沙的响应，以及进一步退耕还林推动的土地利用变化对未来气候变化影响的应对效果。本研究得到以下主要成果: 1.SWAT模型是评估土地利用变化对流域径流泥沙影响的有力工具，在延河流域表现出良好的适用性。延河流域SWAT模型在经过数据库建立、模型关键参数的本地化、坡长计算方法改进、参数校准与验证后，对延河流域径流模拟效果的评价指标R2、NS和PBIAS在校准期分别为0.76、0.87和-11.25％，在验证期分别为0.70、0.65和9.98％;输沙量模拟的R2、NS和PBIAS在校准期分别为0.81、0.75和-9.12％，在验证期分别为0.67、0.61和7.76％，与前人总结的参考标准相比，能够合理模拟延河流域径流量和输沙量的变化，具有较好的适用性。 2.退耕还林还草政策推动了延河流域坡耕地向林草地的转化，起到了减少流域径流量和输沙量的作用，水土流失治理效果显著。 ①对延河流域1975、1986、2000和2015年四个时期土地利用数据的对比分析表明，延河流域1975年至2000年期间土地利用变化的主要方向是坡耕地的增加和草地的大量减少，而在2000年之后，退耕还林还草政策推动延河流域土地利用转变方向发生反转，主要表现在坡耕地的逐年递减趋势和林地、草地的同时扩张趋势，坡耕地减少了39.9％，林地和草地分别增加了90.2％和12.9％。 ②分别使用2000年和2015年土地利用数据及1961-2010年气象观测数据构建两种SWAT模型模拟情景，两种情景的模拟结果显示延河流域2000-2015年土地利用变化导致延河流域径流模拟值从31.3mm减少至27.0mm，减少了13.8％，输沙量模拟值从36.5Mt a-1减少为18.0Mt a-1，减少了50.7％。由于作为泥沙主要来源的地表径流显著减少，且土壤抗侵蚀能力随坡耕地转变为林草地而增强，输沙量的减少量显著高于径流的减少量。 ③坡耕地转化为林地减少径流量的比例高于坡耕地转化为草地，减少比例分别为77％和46.8％，但两种土地利用变化方式的减沙效果相近，减沙比例分别为97.8％和93.5％，林地的蒸腾量高于草地是导致这种差异的主要原因。 3.延河流域未来气候变化呈现气温升高、降水增加趋势，将导致流域径流量和输沙量的增加，加剧水土流失，而进一步实施退耕还林等水土保持工程是有效的应对措施。 ①世界气候研究计划的耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)汇集了多个全球气候模式(GCMs)，是进行未来气候变化预估和气候变化影响模拟的重要依据。CMIP5多模式集合气象模拟数据与延河流域基准期(1976-2005)气象观测数据的对比表明，CMIP5多模式集合低估了其基准期平均气温和增温速率，而高估了平均年降水量，且不同GCM对降水变化趋势模拟差异悬殊。表明大部分GCM对延河流域气温、降水的模拟效果并不好，尤其是对降水变化趋势的模拟准确度还有待提高。 ②CMIP5多模式集合对延河流域未来两种排放情景（RCP4.5和RCP8.5）两个时期（2050s和2080s）的模拟结果显示，延河流域在未来RCP4.52050s、RCP4.52080s、RCP8.52050s和RCP8.52080s四种情景下，温度与基准期相比分别上升2.10、2.67、2.96和4.91℃，降水分别增加4.20％、7.50％、7.70％和14.5％。与前人对黄土高原地区气候变化的研究文献比较发现，本地区未来气候变化的气温升高、降水增加趋势模拟结果较为可信。 ③以2015年土地利用数据和基准期气候观测数据驱动SWAT模型，作为基准情景;在此基础上叠加CMIP5模拟的未来气温升高量、降水增加比例及IPCC报告中的CO2浓度升高数据，模拟未来气候变化情景下延河流域径流量和输沙量。与基准情景模拟结果的比较表明，延河流域径流模拟值在RCP4.52050s、RCP4.52080s、RCP8.52050s和RCP8.52080s四种情景下分别增加6.67％、22.47％、24.77％和66.86％，相应的输沙量模拟值分别增加18.97％、39.71％、53.21％和135.8％。 ④为了应对气候变化对延河流域水土保持的负面影响，本文基于进一步的退耕还林工程构建了25°以上坡耕地完全退耕和15°以上坡耕地完全退耕两种未来土地利用变化情景，用SWAT模型模拟两种情景下的流域径流量和输沙量。与基准情景模拟结果相比较，如果在2050s时期实现25°以上坡耕地完全退耕，延河流域输沙量将保持持续减少趋势，如果在2050s时期实现15°以上坡耕地完全退耕并保持至2080s，延河流域输沙量在未来不同情景均比基准情景减少40％以上，对未来气候变化影响起到应对作用。 退耕还林还草政策推动了延河流域坡耕地向林草地的转化，能够有效减缓水土流失。但针对延河流域未来气候变化的气温升高、降水增加趋势及其对水土流失的负面影响，建议在未来继续推进生态退耕、梯田建设和淤地坝建设等水土流失治理措施以应对未来气候变化的影响。另外，由于林地的潜在蒸腾能力高于草地，坡耕地转化为林地的减沙效果与坡耕地转化为草地相近，但减水效果更强，可能导致土壤干层问题，并威胁到区域水资源可持续利用，因而建议黄土高原年降水量少于500mm区域的植树造林应在充分研究论证的基础上谨慎实施。