基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被變化的徑流響應(yīng)

曹 燦, 孫 瑞, 吳志祥, 李 茜

(1.寧夏大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院, 銀川 750021; 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所, 海口 571101; 3.海南儋州熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀(guān)測(cè)研究站, 海南 儋州 571737)

土地利用/覆被變化(Land Use/Cover Change，LUCC)對(duì)流域水循環(huán)具有重要影響，基于水文模型開(kāi)展流域土地利用變化的水文效應(yīng)是全球環(huán)境變化研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題。其中，SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是應(yīng)用最為廣泛的流域水文模型之一[1]。它是美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)和農(nóng)業(yè)研究中心(ARS)于20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)的用于流域管理的分布式水文模型[2]，可以較好地模擬天然的徑流過(guò)程，反映流域徑流變化特征，并且綜合考慮了流域下墊面對(duì)水文過(guò)程調(diào)節(jié)的差異性，可以追蹤土地利用變化下的降水、冠層截留、蒸散發(fā)、地表徑流、土壤水、地下水等主要水文過(guò)程的分配[3]。SWAT模型具有較強(qiáng)的模擬預(yù)測(cè)能力，被很多學(xué)者用于模擬氣候變化及LUCC的流域水文響應(yīng)。目前基于SWAT模型已開(kāi)展的研究表明，林地能增加滲漏，減少地表徑流，具有蓄水保水的作用，林草地還可以防止洪峰發(fā)生；耕地的產(chǎn)流能力較強(qiáng)，而建設(shè)用地的不透水面有助于徑流增加[4-13]。

橡膠林是熱帶地區(qū)典型的經(jīng)濟(jì)作物和重要的人工林。因全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和天然橡膠需求量的持續(xù)增加，近幾十年來(lái)橡膠林面積在熱帶地區(qū)迅速擴(kuò)張。目前，圍繞橡膠林大面積種植引起的干旱、水土流失等生態(tài)學(xué)問(wèn)題的爭(zhēng)議很大[14]。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的水文過(guò)程進(jìn)行了研究[15-26]。研究表明橡膠林蒸騰量與橡膠林分密度、葉面積指數(shù)和土壤水分有效性有關(guān)，主要吸水性較接近土壤表層[15-17]。橡膠林僅表層土壤水源涵養(yǎng)功能降低顯著，但整體仍可較好保持土壤水分[18]，這是因?yàn)橄鹉z林的凋落物在數(shù)量及持水能力上都優(yōu)于熱帶季節(jié)雨林[19]。不同林齡橡膠林間水源涵養(yǎng)功能整體差異不大[20]，但對(duì)不同深度土壤水利用比例的季節(jié)性波動(dòng)大[21]。橡膠林的大面積種植加劇了橡膠林的蒸散量[22]，加快了土壤水分的流失，造成河流流量降低和土壤侵蝕增加等問(wèn)題[23-24]。因而橡膠種植的擴(kuò)張引發(fā)了人們對(duì)水文循環(huán)完整性的擔(dān)憂(yōu)。在海南，張曉娟[25]和耿思文等[26]針對(duì)橡膠林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了定位觀(guān)測(cè)研究，分析了影響橡膠林水汽通量的主要環(huán)境因子以及橡膠林的水分循環(huán)和水量平衡特征。然而在熱帶地區(qū)，前人對(duì)橡膠林的研究主要集中在水文過(guò)程的定位觀(guān)測(cè)等，缺乏對(duì)橡膠樹(shù)大面積種植對(duì)整個(gè)流域環(huán)境水循環(huán)的影響以及流域徑流對(duì)LUCC特別是橡膠林面積變化的定量研究[27]。

南渡江是海南島最長(zhǎng)的河流，橡膠林是該流域的重要植被類(lèi)型。近幾十年來(lái)，因劇烈的人類(lèi)活動(dòng)影響，流域植被覆蓋變化顯著[28-29]。其中，橡膠林面積迅速擴(kuò)張對(duì)流域水資源的影響是社會(huì)各界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。為此，本文以南渡江流域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過(guò)構(gòu)建流域生態(tài)水文研究數(shù)據(jù)庫(kù)及SWAT模型研究平臺(tái)，模擬流域水文過(guò)程及其對(duì)LUCC的響應(yīng)，對(duì)比不同土地利用類(lèi)型的水文過(guò)程及調(diào)蓄能力，探討典型熱帶島嶼性流域橡膠林面積擴(kuò)張對(duì)徑流的影響，為后續(xù)保障水安全、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)等工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南渡江干流發(fā)源于白沙縣，斜貫海南島中北部，最終流入瓊州海峽，涉及人口225.6萬(wàn)人。流域地處熱帶北部地區(qū)邊緣，有明顯的干濕兩季，臺(tái)風(fēng)頻繁，降雨充沛，汛期(5—10月)徑流量集中，占全年總徑流量的70%以上[30]。

南渡江流域(109°36′—110°34′E，19°9′—19°55′N(xiāo))以龍?zhí)了恼緸榱饔虺隹凇Ａ饔蚩偯娣e為5 333 km2，海拔范圍為3～1 405 m，平均海拔高度116 m，地勢(shì)呈西南高東北低，流域內(nèi)1990—2015年的年均降水量為1 975 mm，雨季(5—10月)、旱季(11—4月)的降水量分別占81%，19%，降雨量南部多于北部。土地利用類(lèi)型(2015年)以林地(包括橡膠林)為主，占流域總面積的68.1%；耕地次之，占流域面積的26.2%；建筑與未利用地、水域面積較少，分別占流域面積的3.8%，1.9%(圖1A)。土壤類(lèi)型共13種，以麻黃砂土為主，占流域面積52.0%；其次為淡麻磚土、肉泥田和湖光巖焦灰土，分別占流域面積的27.0%，9.9%，4.4%；扁骨土、潮州淡砂土、河砂泥田、紅黏泥土、麻黃磚土、泥肉基、砂磚土田、雜砂黃紅土和紫棕泥土均不超過(guò)流域面積的2.0%(圖1B)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

SWAT模型的輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容及來(lái)源見(jiàn)表1?；贏rcGIS平臺(tái)的ArcSWAT按照輸入的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取河網(wǎng)，再設(shè)定集水面積閾值，生成子流域，接著按照獨(dú)特的土地利用、土壤分類(lèi)、坡地將子流域進(jìn)一步細(xì)分為水文響應(yīng)單元(Hydrological Response Unit，HRU)。在構(gòu)建南渡江流域SWAT模型過(guò)程中，設(shè)定土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型、坡度分級(jí)的閾值分別為20%，20%，20%，將研究區(qū)劃分為83個(gè)子流域和242個(gè)HRU(圖1C)。在此基礎(chǔ)上輸入氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)輸入降水量、溫度、太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度、風(fēng)速等信息，創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)庫(kù)，計(jì)算每個(gè)HRU的產(chǎn)匯流情況。

圖1 南渡江流域土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型與子流域劃分

表1 SWAT模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容及來(lái)源

2.2 研究方法

2.2.1 SWAT模型 SWAT是一個(gè)流域尺度模型，用于評(píng)估連續(xù)長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)各種土地利用和管理實(shí)踐對(duì)水量和水質(zhì)的影響，模型的主要組成部分包括天氣、水文、土壤溫度和性質(zhì)、植物生長(zhǎng)和土地管理，所有的水文過(guò)程都可以基于水量平衡方程(公式1)進(jìn)行模擬[13]。

(1)

式中：SWt為時(shí)間t時(shí)(天)的最終土壤含水量(mm)；SWo為第i天的初始土壤含水量(mm)；Rday為第i天的降水量(mm)；Qsurf為第i天的地表徑流(mm)；ETa為第i天的蒸散量(mm)；Wseep為第i天土壤底部的滲透水量(mm)；Qgw為第i天返回到地下水的水量(mm)。

2.2.2 參數(shù)敏感性分析 敏感性分析是對(duì)給定流域最敏感參數(shù)的計(jì)算，了解該模型模擬流域內(nèi)水文過(guò)程的密切程度[32]。本研究選擇SWAT-CUP(Calibration and Uncertainty Programs)軟件內(nèi)置的SUFI-2算法對(duì)SWAT模型進(jìn)行敏感性分析、校準(zhǔn)和驗(yàn)證。SUFI-2被廣泛使用主要是因?yàn)檫_(dá)到可接受的校準(zhǔn)結(jié)果所需的運(yùn)行次數(shù)相對(duì)較少，比SWAT-CUP的其他程序少2～30倍；其中對(duì)結(jié)果不確定性的解釋程度被定義為p-factor和r-factor，這兩種測(cè)量方法結(jié)合在一起，使大多數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)具有最小的不確定度[33]。最后根據(jù)每個(gè)參數(shù)的t-state值與p-state值，確定研究區(qū)徑流的參數(shù)敏感性排序。觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與最終的最佳模擬輸出之間根據(jù)決定系數(shù)(R2)，Nash-Sutcliffe效率系數(shù)(NSE)和百分比偏差(PBIAS)[34]對(duì)擬合優(yōu)度進(jìn)一步量化，用于評(píng)估模型的性能。根據(jù)R2，NSE和PBIAS值，可將SWAT模型模擬結(jié)果可靠性劃分為非常好、好、滿(mǎn)意、不滿(mǎn)意4個(gè)等級(jí)[35]。

2.2.3 土地利用情景設(shè)置 通過(guò)研究不同土地利用類(lèi)型相互轉(zhuǎn)變對(duì)流域徑流的影響，可揭示土地利用方式對(duì)徑流的影響機(jī)理。本研究采用極端情景模擬方法，即假設(shè)將某一土地利用類(lèi)型全部轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪煌恋乩妙?lèi)型，然后模擬出流域的徑流量，再根據(jù)模擬徑流量相對(duì)基準(zhǔn)期徑流量的變化情況，判斷不同土地利用類(lèi)型對(duì)流域產(chǎn)流的貢獻(xiàn)順序。鑒于南渡江流域內(nèi)主要土地利用類(lèi)型為耕地、其他林地和橡膠林地，本研究以2015年土地利用數(shù)據(jù)和1990—2015年的氣象數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，設(shè)置如下3種極端情模擬情景(表2)，以此研究耕地、其他林地、橡膠林地相互轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)流域徑流的影響，進(jìn)而得出三者對(duì)流域產(chǎn)流的貢獻(xiàn)順序。

表2 南渡江流域不同土地利用情景設(shè)置

3 結(jié)果與分析

3.1 南渡江流域土地利用變化特征

1990年和2015年南渡江流域土地利用類(lèi)型均以耕地、其他林地和橡膠林地為主，三者之和分別占總面積的96.34%，94.27%(表3)。1990—2015年，南渡江流域耕地、其他林地和水域面積持續(xù)減少，變化率分別為-4.06%，-1.21%，-0.09%；橡膠林地和建筑與未利用地面積分別增長(zhǎng)3.20%，2.17%。土地利用方式的轉(zhuǎn)變直觀(guān)反映了研究區(qū)20世紀(jì)90年代以來(lái)城鎮(zhèn)化擴(kuò)張和熱帶農(nóng)業(yè)發(fā)展下大面積種植橡膠林地，占據(jù)了一部分耕地、其他林地以及水域的空間。

表3 1990年和2015年南渡江流域土地利用類(lèi)型面積分布及占比

由表4可知，其他林地主要由耕地和橡膠林地轉(zhuǎn)入，建筑與未利用地和水域轉(zhuǎn)入較少，轉(zhuǎn)入面積達(dá)967.87 km2，占總轉(zhuǎn)入面積的38.49%。耕地主要由其他林地和橡膠林地轉(zhuǎn)入，而建筑與未利用地和水域轉(zhuǎn)入較少，轉(zhuǎn)入面積為863.05 km2，占總轉(zhuǎn)入面積的61.83%。建筑與未利用地由其他土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)入的占比最高，達(dá)91.85%，主要由耕地和其他林地轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為103.24，46.02 km2。橡膠林地主要由其他林地和耕地轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入面積分別為408.74，396.35 km2。水域主要由耕地和其他林地轉(zhuǎn)入。綜上所述，幾種土地利用類(lèi)型互相轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象突出，其他林地由其他土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)入的面積最大，耕地、橡膠林地次之；建筑與未利用地的其他土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移占比變化最劇烈，橡膠林地次之。

表4 1990-2015年南渡江流域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣 km2

3.2 基于SWAT模型的流域徑流模擬

3.2.1 SWAT模型校準(zhǔn)與驗(yàn)證 根據(jù)龍?zhí)了恼镜膹搅饔^(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，選擇1961—1976年作為SWAT模型徑流模擬的預(yù)熱期，1977—1987年和2006—2013年分別設(shè)置為率定期和驗(yàn)證期，此處SWAT模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證均是基于2015年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的。通過(guò)參數(shù)的敏感性排序(表5)，將參數(shù)率定最佳值代入SWAT模型得到徑流模擬最優(yōu)結(jié)果。SWAT模型的參數(shù)率定結(jié)果顯示，對(duì)南渡江徑流產(chǎn)生最為密切的18個(gè)參數(shù)中，敏感性排序前5依次為EPCO，SLSUBBSN，CH_K2，SOL_BD和GW_DELAY，這說(shuō)明南渡江徑流對(duì)植被蒸散發(fā)、產(chǎn)生徑流的坡面狀況、土壤狀況和地下水過(guò)程較為敏感。

研究區(qū)徑流模擬結(jié)果的R2，PBIAS和NSE在率定期分別為0.88，-5.81%，0.85，在驗(yàn)證期分別為0.96，-21.63%，0.89(表6)，表明率定期和驗(yàn)證期研究區(qū)流域的月尺度徑流模擬值與觀(guān)測(cè)值之間有較好的一致性。由圖2可知，率定期和驗(yàn)證期徑流的模擬值與觀(guān)測(cè)值均擬合較好，模擬值能較好地反映實(shí)際徑流。綜上，SWAT模型在南渡江流域具有良好的適應(yīng)性，表明SWAT模型可用于該流域的徑流過(guò)程模擬及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng)研究。

表5 參數(shù)敏感性排序

表6 SWAT模型在南渡江流域的模擬評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.2 南渡江流域徑流變化特征 考慮到目前獲得的1990年和2015年兩期研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，此處基于基準(zhǔn)期2015年的土地利用數(shù)據(jù)模擬并補(bǔ)充了1990—2005年、2014—2015年的年徑流，再與研究區(qū)2006—2013年的年徑流觀(guān)測(cè)值，共同構(gòu)成1990—2015年南渡江流域年徑流量變化趨勢(shì)(圖3)。1990—2015年南渡江流域出口龍?zhí)琳镜哪昃鶑搅髂觌H波動(dòng)較大，平均值為191.14 m3/s，整體變化趨勢(shì)不顯著(圖3A)，無(wú)明顯突變(圖3B)。研究時(shí)段內(nèi)南渡江流域徑流量最低值出現(xiàn)在2004年(93.5 m3/s)，1991年和2006年的年均徑流量亦較低，分別為103.9，100.0 m3/s；最高值出現(xiàn)在2000年(292.6 m3/s)，1997年和2009年亦較高，分別為285.3，281.7 m3/s。根據(jù)估算結(jié)果，1990年和2015年南渡江徑流量分別為180.43，130.16 m3/s，均屬于年均徑流量偏低的年份。

圖2 SWAT模型在南渡江流域的模擬評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 南渡江流域徑流對(duì)LUCC的響應(yīng)

運(yùn)用SWAT模型分別模擬了1990年和2015年兩期土地利用數(shù)據(jù)下的南渡江流域1990—2015年徑流量。結(jié)果表明，不同土地利用方式下模擬的1990—2015年的多年年均徑流量，C1情景比C0情景的多年平均徑流量減少0.33%，暗示土地利用變化對(duì)南渡江流域河流徑流量的影響相對(duì)較小。而2015年土地利用下模擬的2015年徑流比1990年土地利用下模擬的1990年徑流下降了27.86%，表明除土地利用外，其他因素對(duì)流域徑流影響更大。

1990—2015年南渡江流域各水文要素增長(zhǎng)量由大到小為：潛在蒸散發(fā)>實(shí)際蒸散發(fā)>淺層滲透水>回歸流>淺層含水量>地下深層水；側(cè)向流(即壤中流)和地表徑流減少(表7)。這說(shuō)明土地利用變化導(dǎo)致流域蒸散發(fā)加劇，實(shí)際蒸散發(fā)和潛在蒸散發(fā)分別增加28.90，36.40 mm。同時(shí)，流域地表徑流與側(cè)向流減少，淺層滲透水增加，回歸流與地下深層水隨之增加，最終導(dǎo)致淺層含水量也有所增加。據(jù)此，1990—2015年南渡江流域LUCC引起蒸散發(fā)加劇，同時(shí)地表徑流與壤中流出現(xiàn)減少，從而導(dǎo)致流域河流徑流量的減少。

圖3 1990-2015年南渡江流域年徑流量變化趨勢(shì)及M-K突變檢驗(yàn)

1990—2015年南渡江流域總徑流的主要來(lái)源是基流，基流平均占總徑流的65.5%(表8)。與1990年相比，2015年流域基流與總徑流占比增加，地表徑流與總徑流占比下降，但是基流與降水的占比和地表徑流與降水的占比分別降低了0.71%，1.29%；同時(shí)流域?qū)嶋H蒸散發(fā)增加，入滲量和深層補(bǔ)給量變化不明顯。綜上所述，1990—2015年南渡江流域LUCC導(dǎo)致的地表徑流減少，是流域河流徑流量減少的直接原因，而實(shí)際蒸散發(fā)的增加是導(dǎo)致地表徑流減少的主要原因。

表7 南渡江流域不同土地利用類(lèi)型下各水文要素變化 mm

表8 南渡江流域不同土地利用類(lèi)型下各水文要素占比

3.4 南渡江流域不同土地利用類(lèi)型的徑流響應(yīng)

3.4.1 不同土地利用類(lèi)型對(duì)徑流的貢獻(xiàn) 基于SWAT模型模擬C1，C2，C3，C4等不同土地利用情景下南渡江流域1990—2015年的徑流量。結(jié)果表明，C2，C3和C4情景下的年均徑流均低于2015年基準(zhǔn)期的C1情景(圖4)，即流域因極端土地利用方式均呈現(xiàn)出年均徑流減少的趨勢(shì)。引起徑流減少的模擬情景由大到小為：C3>C4>C2。C3情景(所有其他林地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z林地)的年均徑流減少最多，達(dá)3.00%，即橡膠林地與其他林地相比有產(chǎn)流減少的作用；C4情景(所有耕地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z林地)的年均徑流減少次之為1.65%，反映出橡膠林地較耕地也有減少產(chǎn)流的能力。C2情景(所有耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌值?的年均徑流減少1.20%，說(shuō)明其他林地截流能力高于耕地。因此可知，研究區(qū)土地利用類(lèi)型對(duì)流域產(chǎn)流的貢獻(xiàn)排序?yàn)椋焊?其他林地>橡膠林地，且3種極端土地利用情景均會(huì)導(dǎo)致流域徑流的明顯下降。

圖4 南渡江流域不同土地利用變化情景下的徑流響應(yīng)

3.4.2 不同土地利用類(lèi)型對(duì)流域水文要素的影響 基于1990年和2015年土地利用數(shù)據(jù)分別模擬了南渡江流域不同土地利用類(lèi)型的水文響應(yīng)。在不同土地利用變化下，土壤有效含水量表現(xiàn)為其他林地>耕地>橡膠林地>建筑與未利用地(圖5A)，其中橡膠林地面積增加引起土壤有效含水量下降。流域?qū)嶋H蒸散發(fā)排序?yàn)樗?橡膠林地>其他林地>建筑與未利用地>耕地(圖5B)，水域的實(shí)際蒸散發(fā)遠(yuǎn)高于其他土地利用類(lèi)型，除水域外，橡膠林地的實(shí)際蒸散發(fā)較高，橡膠林地面積增加致使蒸散發(fā)增強(qiáng)。地表徑流表現(xiàn)為建筑與未利用地>耕地>橡膠林地>其他林地(圖5C)，橡膠林地地表產(chǎn)流能力遠(yuǎn)低于建筑與未利用地和耕地，橡膠林地面積擴(kuò)張引起地表徑流下降；而其他林地面積減少會(huì)導(dǎo)致其地表徑流減少。不同土地利用類(lèi)型的地表徑流高則其相應(yīng)的地下徑流低，反之亦然。故而地下徑流表現(xiàn)為其他林地>橡膠林地>耕地>建筑與未利用地(圖5D)，且不同土地利用類(lèi)型的地下徑流均差值較大，橡膠林地的地下徑流隨面積增加而降低。綜上所述，耕地具有較高的地表徑流量，其他林地具有較高的地下徑流量，但其他林地和橡膠林地的產(chǎn)流能力均低于耕地。橡膠林地面積擴(kuò)張會(huì)引起橡膠林的蒸散發(fā)增強(qiáng)，同時(shí)土壤有效含水量、地表徑流和地下徑流均出現(xiàn)不同程度的下降?？傮w而言，1990—2015年的LUCC對(duì)南渡江流域水文過(guò)程的影響主要體現(xiàn)在蒸散發(fā)增加，地表徑流和地下徑流降低，與同時(shí)段年均徑流減少的結(jié)論一致。

注：FRST表示其他林地，AGRL表示耕地，RUBR表示橡膠林地，URBN表示建筑與未利用地，WATR表示水域。

4 討 論

在不同土地利用方式下模擬流域徑流，從1990—2015年的多年平均徑流量看，2015年土地利用下的模擬值比1990年模擬值減少0.33%；但從單年徑流量看，2015年土地利用下對(duì)應(yīng)的該年徑流比1990年下降了27.86%。這從側(cè)面反映出南渡江河流徑流量降低主要受氣候變化的影響。基于統(tǒng)計(jì)分析，2015年流域年降水量較1990年降低25.05%，氣溫升高1.21℃。據(jù)此推測(cè)，降水量降低以及氣溫升高致使蒸發(fā)量增加是南渡江流域2015年河流徑流量較1990年下降的主要原因。為此，基于SWAT模型模擬南渡江流域徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)將是未來(lái)研究重點(diǎn)。

水文過(guò)程中，蒸散發(fā)是植被及地面整體向大氣輸送的水汽總通量，是水循環(huán)的重要組成部分。耿思文[26]和劉珉[36]等在海南儋州橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的水量平衡中研究發(fā)現(xiàn)，單一的橡膠林蒸散發(fā)與同緯度熱帶雨林相當(dāng)，蒸散發(fā)達(dá)到降水量的55%。因本研究中除橡膠林地外還有其他土地利用類(lèi)型，且其他林地的劃分也并非典型的熱帶雨林，故流域蒸散發(fā)僅為降水的38%。另外，我們計(jì)算得到南渡江流域蒸散發(fā)平均值754 mm，這與林友興等[37]對(duì)熱帶雨林、橡膠林、亞熱帶常綠闊葉林等不同森林生態(tài)系統(tǒng)蒸散量的研究結(jié)果相近。研究區(qū)橡膠林地的面積增長(zhǎng)有94%是由耕地凈轉(zhuǎn)入的，由于耕地土壤含水量比橡膠林地高，實(shí)際蒸散發(fā)比橡膠林地低，故耕地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z林地引起土壤含水量下降，實(shí)際蒸散發(fā)增強(qiáng)；除耕地外還有10%是其他林地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z林地，同時(shí)橡膠林地的6%轉(zhuǎn)出為建筑與未利用地，而地下徑流表現(xiàn)為其他林地>橡膠林地>耕地>建筑與未利用地，且不同土地利用類(lèi)型的差值較大，故橡膠林地整體表現(xiàn)為面積擴(kuò)張引起地下徑流下降。研究表明流域橡膠林的種植面積擴(kuò)張?jiān)谝欢ǔ潭葧?huì)對(duì)徑流的產(chǎn)生起調(diào)節(jié)作用，但流域本身是處于水資源相對(duì)緊張的狀況，故建議當(dāng)?shù)卣块T(mén)應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃土地利用格局，保護(hù)景觀(guān)多樣性，避免單一的土地利用方式。

南渡江流域不同土地利用類(lèi)型的產(chǎn)流貢獻(xiàn)排序?yàn)楦?其他林地>橡膠林地。這與李旦等[38]在海南島萬(wàn)泉河上游流域的研究結(jié)果一致。另外，流域水文效應(yīng)不僅與土地利用類(lèi)型相關(guān)，也受到土地利用類(lèi)型的面積大小制約，并且未來(lái)土地利用狀況將會(huì)更加復(fù)雜和破碎，徑流對(duì)土地利用變化的響應(yīng)過(guò)程有待進(jìn)一步細(xì)化。且由于氣候變化比土地利用變化對(duì)流域水循環(huán)的影響更顯著[39]，降水是主導(dǎo)流域徑流變化的主要?dú)夂蛞蜃覽40-42]。南渡江流域內(nèi)徑流與降水的分布均具有典型的旱雨季特征，雨季占全年的80%左右，需要持續(xù)關(guān)注全球變暖背景下的流域水資源狀況，并采取有效措施應(yīng)對(duì)。合理規(guī)劃土地利用結(jié)構(gòu)，優(yōu)化土地利用布局是應(yīng)對(duì)氣候變化下水文負(fù)效應(yīng)的有效措施，是實(shí)現(xiàn)南渡江流域水資源合理分配的有效手段。

5 結(jié) 論

(1) 1990年和2015年南渡江流域的2期土地利用類(lèi)型均以其他林地、耕地和橡膠林地為主，均占總面積94%以上，其他林地分布最廣。土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變中，耕地、其他林地和水域面積均減少，分別為-4.06%，-1.21%，-0.09%，橡膠林地和建筑與未利用地面積分別增長(zhǎng)3.20%，2.17%。

(2) SWAT模型在南渡江流域的適宜性良好，徑流模擬對(duì)植被蒸散發(fā)、產(chǎn)生徑流的坡面狀況、土壤狀況和地下水過(guò)程較敏感。1990—2015年流域徑流年際波動(dòng)性較大，1990年和2015年均屬于年均徑流量偏低的年份；基于這兩年分別對(duì)應(yīng)的土地利用來(lái)模擬單年徑流，2015年徑流量比1990年下降27.86%。

(3) 1990—2015年LUCC對(duì)南渡江流域河流徑流量減少的影響相對(duì)較小。其中，流域LUCC導(dǎo)致的地表徑流減少是河流徑流量減少的直接原因；而蒸散發(fā)加劇是地表徑流減少的主要原因。

(4) 南渡江流域不同土地利用類(lèi)型的產(chǎn)流貢獻(xiàn)排序?yàn)楦?其他林地>橡膠林地；耕地對(duì)流域具有增流作用，與此相比其他林地和橡膠林地有一定截流持水作用。因流域內(nèi)橡膠林地面積擴(kuò)張主要由耕地和其他林地轉(zhuǎn)入，致使蒸散發(fā)增加，地表徑流和地下徑流均出現(xiàn)不同程度的下降，進(jìn)而引起河流徑流量微弱減少。