基于GIS的黄土高原小流域降雨径流调控利用潜力计算及评价

节水中心2009届硕士研究生牛俊，在导师吴普特研究员、赵西宁副研究员的指导下，经过三年努力完成基于GIS的黄土高原小流域降雨径流调控利用潜力计算及评价。

研究方向：流域管理

摘  要

降雨径流调控利用是同步缓解黄土高原干旱缺水与水土流失的有效手段。研究降雨径流调控利用潜力对于黄土高原降雨径流合理利用的宏观决策与规划设计具有重要意义。本文以黄土高原典型小流域为例，以可调控利用的降雨地表径流为研究对象，采用已有基础资料收集整理、野外模拟降雨试验、室内数值分析相结合的方法，对小流域降雨径流调控利用潜力进行研究，取得以下主要研究成果：

1. 通过野外模拟降雨试验，获得了天然草地及地表施用高分子聚合物（聚丙烯酸钠）后的坡面产流产沙规律。试验结果表明，草地坡面平均产流强度与雨强呈正相关关系，与裸地相比，草地具有明显的减流减沙效果。聚丙烯酸钠施用量介于0 ~ 2.42 g/m2时，可延长坡面起流时间，施用量为1.21 g/m2时，延缓起流效果最明显；施用量介于0 ~ 3.31 g/m2时，可减小坡面产流强度，施用量为1.65g/m2时的减流效果最明显；施用聚丙烯酸钠可减少坡面产沙量，其施用量与减沙效果呈正相关关系；地表施用聚丙烯酸钠后，对坡面产流产沙过程影响不大，对产流产沙强度峰值影响显著。

2. 在分析黄土高原小流域降雨径流调控利用特征及内涵的基础上，提出了小流域降雨径流调控利用潜力计算模型。依据野外模拟降雨试验及前人研究成果，选取影响坡面产流的植被盖度、耕作及整地方式、坡度等重要因素，通过综合分析，确定出黄土区典型小流域坡耕地、林地、草地、道路四种下垫面类型的降雨径流调控利用潜力计算参数。

3. 以ArcGIS9.0为技术平台，完成了小流域不同下垫面措施、不同降水频率条件下的降雨径流调控利用潜力分析、预测与评价。结果表明：在现有下垫面措施条件下，50%、75%、95%降水保证率下的降雨径流调控利用潜力分别为31914m3、27254m3和21627 m3，现状降雨径流资源开发利用规模远小于其潜力值。小流域内坡耕地全部改为枣园后，降雨径流调控利用潜力相应地发生变化，枣树栽植初期、3年及5年后的下垫面措施下，保证率50%时的降雨径流调控利用潜力分别为28589m3、26182m3、25561m3，75%保证率下为25175m3、23120m3、22589m3，95%保证率下为20894m3、19263m3、18843m3。其中，50%和75%保证率下，流域内地表径流调控利用潜力完全满足枣园补充灌溉量，且有部分水量盈余，95%保证率时缺水较严重，枣树栽植初期、3年及5年后的山地枣园补灌用水量亏缺度分别为32.50%、37.77%和39.12%。

关键词：计算模型；计算参数；GIS技术；空间分析