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近年来,在全球气候变化的大背景下,中国北方草原地区干旱灾害频发,同时由于大量开采地下水、超载放牧以及工矿业的发展,导致流域内水资源短缺、草地退化问题日益严重,对区域社会经济发展以及当地居民生产生活产生了严重的威胁。在这种背景下,定量研究气候变化与草地植被退化对水文、水资源的影响,对于当地水资源合理开发应用、管理规划以及草地生态系统可持续发展都具有重要的应用价值和指导意义。本文以内蒙古自治区锡林郭勒盟境内的锡林河流域为研究区域,研究了气候变化与土地利用变化对流域水文过程的影响。研究目的包括：分析SWAT分布式水文模型在锡林河流域的适用性,并改进模型;检测分析锡林河流域近50年来气候变化、水文变化以及人类活动变化(包括土地利用变化)趋势及特征；探讨气候变化与草地植被变化情景下,流域水文过程的响应机制。研究内容包括：运用趋势分析方法,检测分析了近50年流域的气候变化、土地利用／覆盖变化、水文要素变化趋势;针对流域半干旱区的气候特点,以及季节性冻土的融冻过程对土壤水分转移的影响特征,对SWAT水文模型的融雪和地下水模块进行了相应修改；对SWAT模型默认的土地利用/覆盖数据库进行了修改,增加了高、中、低三种覆盖度的草地类型；利用改进后的模型模拟了锡林河流域的月径流,并对模型进行了率定和验证。在此基础上,通过设定不同的气候变化、草地退化情景,定量模拟了气候变化和草地植被变化对流域水文循环的影响,以此分析流域水文过程对气候变化与草地植被变化的响应。主要研究结论如下：1.锡林河流域气候呈现明显的暖干化趋势,从1961-2010共50a期间,降水以8.115mm/10a的速率下降,而气温则以0.424℃/10a的速率上升；同期年平均径流深以0.394mm/10a的速率缓慢下降；流域内草地植被也呈现退化趋势,1987-2000年期间,整个锡林河流域(21600km2)草甸草原面积减少了65.94%,典型草原面积减少了13.81%,而荒漠草原面积增加了56.12%。2.模拟结果表明,现有的SWAT模型在半干旱区锡林河流域的模拟效果较差(Nash系数为-0.36,判定系数为0.17),适用性并不好。我们考虑干旱、半干旱区的气候特征以及季节性冻土条件下的流域水文循环特征与产流机制,针对SWAT分布式水文模型在模拟春季融雪径流过程存在的不足,对SWAT模型的草地覆盖度类型、融雪、地下水模块分别进行了相应改进,并增加了冻土储水的模块。模拟结果表明,经过改进后,SWAT模型模拟的径流曲线与实测径流曲线基本能够吻合,春夏汛期的峰值均能对应,率定期(1963-1967)的平均Nash系数、判定系数、相对误差分别为：0.668、0.740、0.146。验证期(1968-1972)分别为：0.676、0.778、0.106。可以认为改进后的SWAT模型基本适用于锡林河流域及地理气候条件相近的流域。3.利用改进后的SWAT模型,分析了气候变化对径流的响应。结果表明：降水增加15%,径流增加49.16%,降水减少15%后径流减少41.79%；气温升高1℃、2℃后径流分别减小20,63%、37.54%。4.当草地覆盖度降低后,地表径流量明显增加,地表径流的月波动也有所增强,即退化草地有增水效应。地表径流增加幅度主要与降水量多少有关,在降水偏多的月份,如7到8月,地表径流增加更为明显,7-8月的月平均地表径流平均增加0.91m3/s,其它月份(3-6月、9-10月)平均增加0.78m3/s。在不同的时期如融雪期与降雨期,草地植被覆盖度对径流的影响并不相同。与基准期相比,草地覆盖度降低后,融雪期的地表径流量增幅普遍小于降雨期的增幅。这主要是由于锡林郭勒草原植被覆盖度在融雪期相对最低,而在降雨期植被覆盖度最高,所以植被覆盖度对融雪期地表径流量的影响普遍小于对降雨期的影响。5.利用区域气候模式(HadCM模型,A2排放情景)对流域未来降水和气温进行了模拟(2010-2100年),模拟结果表明,锡林河流域在A2情景下,气温呈明显变暖趋势,2010到2100年期间,气温上升速率为0.563℃/10a;降水也呈现增加的趋势,增加速率为23.131mm/10a;利用气候模式的输出结果,结合植被变化情景,驱动改进后的SWAT模型,对径流进行模拟,结果表明：2010-2100年,在A2情景下流域径流(草地维持现状)以0.029m3s-1/10a的速率增加。