随着社会经济的高速发展、人类活动的不断影响,生态水文过程受到了剧烈的影响。土地利用/土地覆被变化(LUCC)是人类复杂的活动中较为典型的影响着生态水文环境的重要因素,也是当今社会的研究热点。作为生态水文研究内容中的重要组成部分,地下水和土壤水对于土地利用变化的响应也十分明显,而降水入渗是地下水补给的重要形式,对地下水有着十分重要的影响。大安市位于松嫩平原腹地,属于我国的生态脆弱区,多年干旱少雨,土壤盐碱化、沙化、荒漠化问题日益加重,地下水位下降等生态问题越来越严重。本文以大安市为研究对象,将3S技术与实验和模型模拟相结合,系统开展土地利用变化驱动下的生态水文过程——降水入渗和土壤水分的模拟研究。(1)利用大安市1989、2000、2004和2008年四个时段的LANDSAT TM遥感影像,借助ERDAS IMAGINE软件进行影像处理,通过对影像的解译与判读,对土地利用类型进行分类,构建土地利用数据库,利用Arc GIS软件绘制大安市土地利用分布图,其主要土地利用类型为旱地、盐碱地和草地;建立单一动态度模型,滩地减少最为明显,水田增加速度最快;建立转移矩阵分析模型,盐碱地转化旱地的面积最多,草地次之,没有其他土地利用类型转化为盐碱地。结合遥感影像数据和资料整理数据,耕地面积和水域面积都呈现出了先减少后增加的趋势,且二者面积的最大值都出现在近几年,这与“吉林省保障粮食生产的土地开发整治规划”中水利项目的投入与使用有重大关系。(2)基于研究区土地利用变化的规律,有针对性地选择了典型地段,进行表层样品和剖面样品的采集,在室内完成土壤含水量、土壤容重、田间持水量和土壤质地以及颗粒分级等工作,利用实验获得的数据,分析了表层土壤水平方向与剖面的变化规律。研究区土壤主要为砂粒、粉粒和粘粒,其中砂粒含量最高,分布规律为西北多、东南少,而粉粒和粘粒的分布刚好与砂粒相反。表层土样的含水量、田间持水量和容重的分布规律均为西北、西南和中东部多;剖面不同层的土样的含水量、田间持水量和容重随深度变化呈现出基本一致的变化趋势。林地、旱地的三个参数都相对较小,而对应的则是荒草地、盐碱地等其值都相对较高。(3)将实验获取的土壤数据作为基础数据,以Arc GIS软件为平台,选用SWAT模型,结合DEM高程数据、气象数据和土地利用数据,进行降水入渗量的模拟。同时,引用降水入渗系数法对SWAT模型模拟的准确性进行验证,以此讨论不同土地利用类型对降水入渗的影响。研究区单位面积降水入渗量最大的为林地,最小的为难利用地;土地利用-土壤类型组合中草地-黑钙土和草地-草甸土降水入渗系数较大,盐碱地-碱土降水入渗系数较小。运行SWAT模型得到2008年平均降水入渗量的模拟结果为58.75mm,降水入渗总量2.65×108m3,降水入渗系数法计算得到的2008年平均降水入渗量为59.23mm,降水入渗总量为2.67×108m3。两种方法得到的2008年降水入渗总量较2000年的数值相比都呈现出增长的趋势。(4)选取研究区主要作物玉米作为研究对象,在气象数据、作物数据和土壤数据的基础上,结合当地灌溉数据,利用SWAP模型对该区的玉米进行了全生育期的模拟,同时分析了地表以下100cm土柱(根系层)的土壤水分的动态变化过程、水量均衡情况,并利用2008年和2009年的数据进行模型的率定和检验。研究区土壤水的主要来源为大气降水和灌溉入渗水,水分消耗主要为作物蒸腾、土壤蒸发、渗漏、作物截留与模拟土层的储水量变化,在玉米的生育期内,降雨量和灌溉量主要用于作物蒸腾和土壤蒸发。模拟土柱的底部水流通量不大,在施行灌溉或者降水量较大的情况下,土层存在着少量的深层渗漏的现象,但入渗的水量大部分仍储存于土层中,储水量较为稳定。在8~9月作物蒸腾十分强烈,导致土壤水变化较为剧烈,但仍处于不断转化的动态平衡过程。综上所述,本文在研究土地利用变化特征的基础上,结合室内实验,应用SWAT模型和SWAP模型分别进行降水入渗量和土壤水分动态变化的模拟,进而为土地利用变化对降水入渗和对土壤水的影响两个方面的研究提供了重要的数据基础,为近些年来在土地格局上发生较大变化的大安市在生态和水资源管理等方面提供理论依据。