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下垫面变化对流域产汇流影响研究进展摘要：近年来随着人类活动影响的加剧流域的下垫面条件发生了显著变化改变了流域入渗、蒸散发、径流等水文过程的特征对流域的水资源、洪旱都造成了显著影响。为科学合理地开发流域水资源下垫面变化对流域产汇流影响成为水文科学研究的热点问题。近年来国内外关于下垫面变化对水循环影响方面的相关研究历程可以划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段现有研究认为森林砍伐与草地开垦、农业开发与城镇化建设活动可以增加径流量而水土保持措施可以减少径流量流域下垫面通过各种景观变化的耦合作用影响河川径流。下垫面变化的水文效应的研究方法主要有流域对比试验法、特征变量时间序列法、水文模型法等其中流域生态水文模型是生态水文研究的前沿和热点。此外多种综合方法越来越多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中而"原型观测+数值模型"的研究方法可能会成为一个发展趋势。关键词：下垫面；产汇流；植被变化；城市化；水文模型中图分类号：P343.9文献标识码：A文章编号：16721683（2013）03011107随着经济社会的迅速发展水土保持、植树造林、水利工程、城镇化建设等人类活动对下垫面变化的影响不断加剧。由于人类活动和气候变化改变了下垫面变化导致流域入渗、蒸散发、径流等水文要素发生一定的变化从而引起流域产汇流过程的变化。较长时间尺度上气候变化对水文水资源的影响更加明显但短期内土地利用/覆被变化是水文水资源变化的主要驱动要素之一[1]。土地利用/覆被变化水文效应研究已成为目前乃至未来几十年全球研究的热点和前沿问题[2]。20世纪90年代以来有关国际组织实施了一系列国际水科学计划如IHP、WCRP、IGBP、GWSP等探讨环境变化下的水循环以及相关的资源与环境问题。因此变化环境（即全球变化和人类活动影响）下的水循环研究是21世纪水文科学研究关注的重点[3]。产汇流过程是水循环研究的重要内容同时产汇流理论研究是水文模拟的基础因此进行流域下垫面变化对产汇流过程的影响研究是十分必要的。本文通过梳理国内外研究成果从林地、草地、耕地、居工地、景观变化及水土保持措施等方面阐述了下垫面变化对产汇流过程的影响机制并剖析了各类下垫面变化的水文效应研究方法的优缺点总结了当前研究存在的问题及未来研究的关键问题。1相关研究阶段的划分下垫面变化对水循环的影响研究始于20世纪初主要集中在森林与水相互作用的研究。19世纪后期随着人口的增长许多森林被砍伐。随之产生的一系列后果引起人们的关注从而开始一系列的科学研究。早期的森林水文研究重点是关注森林的变化（主要是森林砍伐）对森林流域产水量的影响采用的研究方法是对比流域试验法和流域自身对比法。这类研究最早可追溯到1900年瑞士Emmenal山区的两个小流域对比实验[4]。1909年美国设置第一个对比实验流域探讨森林覆被变化对流域产流的影响并建立水文实验站致力于研究森林水文问题。而这一阶段多数的研究结果表明森林的开采会导致径流量的增加。进入20世纪50年代以后随着“流域模型”概念的提出人们开始把水循环过程作为一个完整的系统来研究。1970年Onstad和Jamieson[5]首先尝试利用水文模型模拟土地利用变化对径流影响标志着下垫面变化对水循环影响的研究由萌芽时代开始向起步阶段过渡。此后土地利用/覆被变化的水循环影响研究由传统的统计分析方法转向基于物理机制的水文模型方法。这一时期森林植被变化对流域产水量影响的研究达到高潮并致力于下垫面变化影响径流形成机制的研究也更加注重对水循环过程的研究。同时城市化引起的土地利用变化对水循环过程的影响也受到关注一般采用单位线法对其进行分析。20世纪90年代初土地利用/土地覆盖变化（LUCC）被国际地圈生物圈计划（IGBP）与国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）作为核心计划之一联合发起以后迅速引起许多学者的兴趣与关注特别是与人类活动密切相关的土地利用/土地覆盖变化的水文效应越来越受重视。随着地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）及卫星遥感技术（RS）在水文学中的应用和分布式水文模型的迅速发展下垫面变化的水循环影响研究进入到一个新的发展阶段人们开始综合利用以上几种方法研究土地利用/土地覆盖变化的水文效应如水文模型与统计学方法相结合的方法、模型耦合法、模型对比法等。总结过去100多年来下垫面变化对水循环影响研究所走过的历程可以将其划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段（见表1、图1）。重点萌芽阶段120世纪初至60年代11900年瑞士Emmenal山区的两个小流域对比实验1森林砍伐引起一系列后果（洪水等）1试验流域法1小流域、较小空间尺度1森林的变化（主要