黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明：(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。     

太子河流域景观格局对流域径流的影响

以太子河流域1992和2001年的土地利用数据和17个水文站点监测的径流数据为基础,借助GIS手段,运用景观格局指数分析方法和统计学方法,从景观水平和类型水平两个方面探讨景观格局变化对流域径流的影响。结果表明,太子河流域景观格局对径流过程有显著影响。在景观水平上面积加权平均分维数(FRAC_MN)、邻接度指数中位数(CONTIG_MD)和散布与并列指数(IJI)是影响径流的主要景观因子,其中面积加权平均分维数(FRAC_MN)对径流变化影响的显著性最大。在类型水平上旱地的斑块密度(PD)、旱地和建筑用地的面积加权平均分维数(FRAC_MN)和斑块连接度(COHESION)、林地和旱地的周长面积比变差系数(PARA_CV)和斑块聚集度指数(AI)、建筑用地的邻接度指数中位数(CONTIG_MD)和散布与并列指数(IJI)是影响径流的主要因子,其中林地的周长面积比变差系数(PARA_CV)和斑块聚集度指数(AI)对径流影响最显著。     

丹江上游土地利用/景观指数与水质关系初探

借助地理信息和景观分析技术,结合长系列水质数据,采用相关分析法、冗余分析法（RDA）,研究了丹江上游土地利用/景观指数与水质的关系,重点探讨了景观指数与水质参数的关系。结果表明:（1）2000—2013年,耕地面积减少,林地、建筑用地面积不断增加,耕地是最不稳定的土地利用类型,大部分转为林地和草地。流域内景观多样性和聚集度逐渐增加,流域景观格局趋于规则化、高连通和高度聚集的方向发展。（2）耕地面积比与NO₃^--N呈极显著正相关,与DO呈现显著负相关,表明耕地强烈的影响着水质变化;林地面积比与BOD₅,COD_Mn呈显著负相关,林地对水质有显著的正效应。（3）从景观指数与水质参数的相关性可以得出,香农多样性指数（SHDI）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、斑块结合度（COHESION）可以作为景观尺度上来预测水质变化的关键因子,具体表现为SHDI与COD_Mn呈显著负相关,与BOD₅呈负相关;LPI与BOD₅,COD_Mn呈显著正相关;LSI与DO呈极显著负相关,与NO₃^--N呈显著正相关;COHESION与BOD₅,COD_Mn呈显著正相关。斑块密度（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与水质的关系无法得到合理的解释。     

水蚀风蚀交错区流域景观格局变化及水沙响应关系

为揭示土壤侵蚀最为剧烈的水蚀风蚀交错区下垫面景观格局变化对流域降雨产流、侵蚀产沙的影响程度,以水蚀风蚀交错区典型流域西柳沟为研究对象,根据Landsat TM影像数据和流域长系列水沙实测数据资料,借助GIS和Fragstats平台,分析流域景观格局和水沙变化特征,探讨景观指数与径流输沙的关系.结果表明:1)流域优势景观类型为草地,从斑块数量和面积变化率来分析,1985-2010年间耕地、林地和建设用地稳定性最高,其次为未利用土地.未利用土地、草地和耕地的转化最为剧烈,受人类活动影响最大.2)流域年径流量和年输沙量的年际差异显著;同年输沙量相比,径流量的减小趋势变化更为明显;径流泥沙相关关系显著,相关系数为0.67.3)景观指数与径流量、泥沙量呈显著线性相关,其中径流量与最大斑块指数、斑块结合度、聚集度指标和蔓延度指数均呈负相关,而与景观形态指数、景观分割度呈正相关;而泥沙仅与蔓延度指数、聚集度指标和斑块结合度成负相关,与其他景观指数呈正相关.研究结果表明,随着景观最大斑块指数、斑块结合度以及聚集度指数的提高,流域降雨入渗量明显增加,土壤侵蚀量明显减少;因此,提高流域景观最大斑块指数、斑块结合度以及聚集度指数可以增强水蚀风蚀交错区内流域的蓄水保土功能及生态优化作用,研究结果可为流域生态环境建设和水土资源综合利用提供理论支撑.     

北京山区典型小流域景观格局变化对径流的影响

根据北京市密云县红门川小流域1990—2006年的水文资料,在统计分析降水、径流、蒸发年际变化特征的基础上,利用1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,采用ArcMAP及Fragstats等景观分析软件,从斑块和景观两个尺度上,分析红门川流域的景观空间格局变化及其与径流的关系。结果表明:（1）红门川小流域的降水、径流多集中在汛期（6—9月）,且年降水量、径流量逐年减少,气候变化是径流减少的主要原因;（2）红门川流域土地利用类型以林地为主,林地约占流域总面积的75%,其中以针叶林最多,阔叶林、混交林次之,灌木林最少,另外水域面积逐年减少,从另一个方面反映了径流量逐年减少;（3）红门川流域景观斑块个数增加,整体景观格局破碎化程度减小,斑块分布趋于均匀,其中斑块平均面积（AREA）、斑块周长（PERIM）、景观形状指数（LSI）、景观聚集度（CONTAG）均呈波动减小的趋势,斑块形状指数（SHAPE）、斑块分维度（FRAC）、Shannon-Wienner多样性指数（SHDI）则是逐年减小;（4）平均斑块周长、景观聚集度与径流变化相关性较强,平均斑块面积、平均分维度与径流变化相关性一般,平均斑块形状指数、景观形状指数、Shannon-Wienner多样性指数与径流变化基本不相关。     

西安市主城区景观格局演变对地表径流的影响

[目的] 探究景观格局演变和地表径流变化的时空相关性,为有效缓解城市内涝,保障城市生态安全提供理论支撑。[方法] 以2000—2019年遥感影像为数据集,提取西安市主城区景观格局空间分布图,结合实际土地利用数据进行修正。利用SCS模型、景观格局指数、ArcGIS和皮尔逊相关性分析方法,研究西安市主城区景观格局动态变化与地表径流变化间的关系。[结果] ①2000—2019年研究区景观格局呈现出高连通高聚集,斑块形状规则化,均质稳定化,景观蔓延度下降等的发展趋势。同期,研究区地表径流深度逐年增加,但径流深度增加量随时间动态变化呈下降趋势,其中2000—2005,2005—2010,2010—2015,2015—2019年分别增加了4.99,4.95,3.55和3.33 mm,说明景观格局对地表径流量的滞留作用逐渐增大。②景观格局指数变化率与地表径流量年增长率呈显著相关性。其中建设用地等人工景观指数变化率和地表径流量年增长率呈显著正相关,相反绿地、耕地、水域等自然景观指数变化率与地表径流量年增长率呈负相关关系。③借助城市生态廊道及生态节点构建内涝防治生态系统,并对城市不透水面高度集中的地区进行拆分,增设城市绿色基础设施,构建源头减排的内涝防治景观格局。[结论] 景观格局演变对地表径流变化具有显著影响,景观格局优化能有效促进城市良性水循环,减缓内涝的发生。     

南方红壤丘陵区流域植被景观格局变化及水沙响应关系

以南方红壤丘陵区典型流域濂江河流域为研究对象,依托GIS和Fragstats平台与长时间系列水沙数据,运用景观格局指数分析和统计学方法,分析流域景观格局和水沙变化特征及其相关性。结果表明:流域内径流呈减少趋势,泥沙呈增加趋势。流域内以有林地为主,面积增加最显著的是经果林。景观水平上,斑块面积均方差(PSCV)、香浓多样性指数(SHDI)与径流呈现正相关,蔓延度指数(CONTAG)与径流呈现负相关;斑块数(NP)、斑块密度(PD)、景观边缘密度(ED)、面积加权的平均形状指数(AWMSI)、香浓多样性指数与径流呈现负相关。类型水平上,耕地的斑块面积(CA)、ED与径流呈负相关,与泥沙呈现正相关;有林地的形状指数(PSCV、AWMSI)与径流呈正相关,CA与泥沙呈现正相关,NP、PD与泥沙呈现负相关;灌木林的CA、ED与径流呈负相关;经果林的所有的指数与径流均呈现正相关,与泥沙呈现负相关性;同时,草地的NP、PD与径流呈现负相关。     

黄土高原藉河流域1962-2008年径流变化特征

基流是河川流量的重要组成部分,尤其在干旱的黄土丘陵沟壑区径流量中占有很高比重,为枯季的河流提供流量补给,对黄土丘陵沟壑区基流的特点和影响因子的研究有助于合理调控水量和高效使用水资源。采用数字滤波法分别对蔡家川6个嵌套小流域2006—2008年日径流量进行基流分割求算基流指数,并且分析了次降雨量、土地利用、植被类型和地形特征等对基流的影响。结果显示,该地区流域的年平均基流指数范围为0.68～0.82。随着次降雨量增加基流指数减小;土地利用类型中的农地、灌丛和人工林对基流产生负影响;基流指数与流域河网密度和河流比降等线性相关。应用多元线性回归分析得出该区域基流指数BFI与次降雨量P,河网密度D和河流比降S成线性关系,进而分析了研究区内无观测数据的流域的基流。     

五华河流域景观格局演变对径流泥沙的影响

根据五华河流域1981—2011年逐月的气温、降水、径流量和输沙量数据,以及1991年、2000年和2011年的Landsat TM遥感影像,运用景观格局指数分析方法和统计学方法,从景观水平和斑块类型水平两方面探讨了景观格局演变对径流泥沙的影响。结果表明:景观水平上,景观多样性指数（SEI）和景观边缘密度（ED）与年径流量和年输沙量呈正相关,而景观形状指数（PSCV,AWMSI,AWMPFD）与年径流量、年输沙量、输沙量变差系数呈负相关。类型水平上,林地景观破碎度（PD）和边缘密度（ED）、草地形状指数和边缘密度,建筑用地的斑块破碎度与年径流量、输沙量有明显的正相关关系,而林地斑块形状指数,草地和耕地斑块破碎度,建筑用地边缘密度和形状指数则与年径流量和输沙量呈负相关关系。同时,林地斑块形状指数、草地和耕地斑块破碎度、建筑用地边缘密度和形状指数均与输沙量变差系数存在明显的正相关关系。     

泾河流域植被景观格局对流域径流的调节作用

对黄土高原腹地泾河流域12个子流域植被景观格局和流域径流动态的关系进行了探讨。结果表明景观层次上植被的整体空间格局对流域径流动态有着如下调节作用:(1)泾河流域4种植被景观类型中,森林灌丛植被景观流域年径流量最大,径流年内分配比较均匀,但年际变化很大;其次为复合植被景观,农业植被景观流域径流量较小,且主要集中在汛期;草地植被景观流域径流极小,主要发生在汛期的7~8月份,年际变化比较小。(2)在主要植被景观指数中,景观破碎度、景观多样性与流域径流正相关,景观聚集度、景观优势度与流域径流负相关,景观形状与流域径流相关不显著。(3)结构复杂的植被景观对流域径流具有较好的调洪补枯作用。随着景观破碎度和景观多样性的增大,流域径流年内分配趋于均衡;而随景观聚集度的增大,流域径流年内分配则趋向集中,景观形状对流域径流调节作用不明显。(4)多样性高的植被景观可降低极端径流出现,维持流域生态系统的稳定性。     

潮河流域景观格局变化对径流的影响

[目的]分析潮河流域的景观空间格局变化及其与径流的关系,为流域生态环境建设提供理论依据。[方法]根据潮河流域50a多的水文气象资料,利用1979,1987,1991和2009年4期遥感影像,采用ArcGIS及Fragstats等景观分析软件计算。[结果]潮河流域的降雨量呈减少趋势,而温度以0.215℃/10a的速度升高,潮河的径流量明显减少,并呈现以28a为周期的丰枯转换;潮河流域斑块个数增加,斑块分布趋于均匀,斑块面积变小并逐渐趋于稳定,斑块形状趋向于简单,复杂化程度降低,流域内景观异质性变弱。[结论]径流量随着景观形状指数的增大而减小,在平均斑块周长为1 050m,流域斑块数量为110 000以及Shannon’s多样性指数为1.33左右时,斑块的综合截留能力最强,流域产流能力最弱。     

自动基流分割方法在黄土区流域的应用研究

基流是河川径流在枯水季节的主要径流来源.由于难以通过实测方法获得基流量数据,选择适合的基流分割技术对于基流研究至关重要.利用黄土区6个流域的多年径流量资料,选取PART法、滤波法及滑动最小值法等目前广泛使用的自动基流分割方法对区域内河流的基流量进行了分割,以检验自动基流分割方法在本地区的适用性,并应用选定的基流分割方法对黄土区流域的基流特点做了简单分析.研究结果表明,3种方法所获得的基流指数值有所差异,滤波法分割的基流过程与实际基流状况更为相符.因此,滤波法可作为黄土区流域基流的最优分割方法.应用滤波法得到的研究流域基流占总径流比重为37%～64%,而基流量在近50 a中呈现逐渐降低趋势.     

渠江流域基流变化及气象关联性分析

河川径流是水资源的重要存在形式,基流是径流的重要组成部分,研究基流变化及影响因素对于掌握流域水资源变化具有重要的意义。采用渠江流域2007—2018年日流量资料,对9种不同基流分割方法的适用性及基流变化特征进行分析。结果表明:(1)不同方法差异较大,时间步长法和滑动最小值法分割结果偏高,F4滤波法方差与变异系数分别为0.038和0.138,说明该方法分割更加稳定且离散程度较低,在渠江流域适用性最好;(2)流域多年平均基流指数31.5%,年内存在伏汛与秋汛双汛期,多年平均月降水、径流和基流变化趋势存在一致性,而且流域径流、基流峰现时间相对于降水存在滞后性;(3)采用小波相干分析,表明流域降水和基流序列均存在10~14个月的变化周期且同向变化,时频上基流滞后于降水序列,同时基流对气候变化的响应具有时滞性,当基流相对于同期气候指数滞后8~10个月时二者的相关程度显著提升。研究成果有助于提升对渠江流域基流变化的认识,为流域水资源管理与调控提供一定的科学依据。     

自动基流分割法在北洛河流域的适宜性对比

基流是枯水季节河川径流的重要补给来源,河川基流量及其变化对流域生态健康和水资源合理利用具有重要作用。确定适宜流域生态环境特点的基流分割法,在基流研究中是十分关键的工作。以北洛河流域上游典型黄土丘陵沟壑区刘家河站的多年实测径流资料为基础,分析BFI,HYSEP、数字滤波等三类共9种基流分割法的适宜性,结果表明:BFI法和HYSEP法分割结果比较接近,所得基流指数在0.399 4~0.428 1。尤其修正BFI法估算的基流量及过程线,能够客观反映研究流域流量过程线退水段的物理规律。综合考虑变异性、稳定性、过程线吻合程度等方面,认为修正BFI法是黄土区水文研究中进行基流分割的适宜方法。     

黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,利用假设统计检验法对黄河上游干流唐乃亥和支流洮河、湟水河、大通河四个流域——即刘家峡以上黄河主要干支流流域,近30年来的降雨径流变化趋势进行了分析与检验。为探讨流域蓄水特征和产流特征变化,考察总径流量变化趋势,分别对枯季径流、汛期径流、年径流及相应时段降水做了同步分析,并分区域探讨了降水和径流的变化趋势及其变化原因,得出黄河上游径流在这四个流域有减少的趋势,但程度各不相同的结论。湟水和大通河在降水和径流方面的变化均不显著,洮河流域降水减少最为明显,且下游减少最为厉害。在径流方面,洮河汛期径流量变化趋势不同于降水,人类用水量的行为已改变了径流序列的时程变化特性。唐乃亥降水特性有所变化,但更为突出的是枯季径流显著减少,对造成此现象的原因尚需进一步调查研究。     

山东半岛流域面积对果园分布格局的影响

以烟台市1996年土地利用现状图图斑分类和地面调查为斑块属性引导,在3S技术的支持下,对2002年9月9日的ETM影像进行解译分析,选取果园总面积、斑块数、形状指数和斑块凝聚度等景观指标,对烟台市14个典型流域的果园分布格局进行了分析,揭示了各流域的果园景观的总体特征。结果表明:果园总面积（CA）、斑块数量（NP）和景观形状指数（LSI）与流域面积和流域形状指数的关联程度极为显著（在0.01水平上）,关联系数分别为0.960和0.694。果园景观斑块凝聚度（COHESION）与流域面积的关联程度较显著（在0.05水平上）,关联系数为0.608;果园斑块数量（NP）与流域形状指数的关联程度较显著（在0.05水平上）,关联系数为0.549。各因子与流域面积及流域形状均呈正相关的线性回归关系。     

基于R/S和Morlet小波分析的北洛河上游径流变化特征

为了深入探究北洛河上游长时间序列年径流量变化规律及周期特征,加强对流域水资源规划管理和可持续开发利用,基于北洛河上游吴旗水文站1971—2014年实测径流量数据,采用M-K(Mann-Kendall)趋势检验法和R/S法(rescaled range analysis)分析了全年及汛期径流量的变化趋势和持续性; 并采用Morlet小波变换对径流时间序列进行了多尺度周期特征分析。结果表明:(1)从径流量年内分配来看,1971—2014年,北洛河上游径流年内集中分布在6—9月,月最大径流量一般出现在8月,分配曲线呈“双峰型”。随着时间推移,径流量年内分配不均匀性逐渐减弱;(2)汛期径流量占年径流量的比例降低,全年和汛期的径流量变化均呈显著减少趋势(p<0.05),且未来变化趋势与过去一致的可能性很大,即减少趋势具有一定的持续性(全年和汛期径流量序列Hurst值分别为0.53,0.69);(3)北洛河上游径流量呈现出多尺度性、主周期性和同步性变化的特点。汛期和全年径流量具有相似且显著的变化周期,主要受到3,11,19 a左右3个主周期的影响。总之,北洛河上游径流量呈显著减少趋势且变化周期比较明显。     

白龙江上游径流变化特征及其对降水和人类活动的响应

[目的]研究近50a来白龙江上游径流变化特征,并进一步分析径流对降水的滞后效应以及降水与人类活动对径流变化的影响。[方法]以1961—2010年白龙江上游武都水文站的月径流数据和白龙江上游气象站月降水量数据为基础,采用集中度和集中期、Mann—Kendall法、R/S分析法等多种数理统计方法,分析了近50a来白龙江上游径流量在年际、季节和月尺度上的变化特征,并预测了其未来可能的变化趋势。[结果]白龙江上游径流年内分配极不均匀,多年平均集中度Cd达34.92%。近50a来白龙江上游年径流量呈极显著减少趋势(p0.001),变化率为-3.942×108 m3/10a,Hurst指数为0.980.5,表明未来一段时间内白龙江上游年径流量可能继续呈减少趋势。四季和1—12月径流量均呈显著减少趋势(p0.05),年径流量在1990年发生由多到少的突变。白龙江上游径流对降水的响应存在滞后效应,且滞后时间有微弱延长趋势。近50a来白龙江上游径流系数呈显著减小趋势(p0.001),降水量转化为径流的部分逐年减少,径流系数在1990年后减少了0.14。[结论]1990年之前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1990年以后,人类活动逐渐成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。     

基于SWAT模型的南渡江上游流域径流对气候变化的响应

为了评估未来气候变化对热带岛屿性森林流域径流的影响,以海南岛南渡江上游流域为例,构建本地化SWAT模型,基于CMIP6全球气候模式数据提取的气候变化信号,定量辨析了流域径流量对气候变化的响应。结果表明:(1)南渡江上游流域年平均径流量16.1 m³/s,旱季和雨季径流量分别占年径流量的17%,83%;(2)1961—2020年南渡江上游流域年平均径流减少趋势不显著,其中旱季径流增加4.6%,而雨季径流减少9.9%;(3)流域旱季径流增加量远低于雨季径流减少量致使年平均径流量减少,旱季径流增加由降水增多所致,雨季气温升高引起蒸发加剧是造成径流减少的关键;(4)在CMIP6计划的SSP119,SSP126,SSP434,SSP245,SSP460,SSP370和SSP585路径下,21世纪不同时期研究区径流变化主要受降水变化的影响,而21世纪后期气候变化加剧会引起研究区径流变化幅度加大。研究区径流对降水变化的敏感性高于气温,降水变化主导未来时期南渡江上游流域的径流量变化。     

苏南地区景观格局特征与坑塘水质关联关系

研究不同空间尺度景观类型与景观格局指数对农村坑塘水质的影响程度和机制对于快速城镇化背景下乡村水环境保护具有重要的现实意义。基于实地水样采集数据及土地利用数据,以苏南地区农村坑塘为研究对象,结合相关分析、冗余分析等数理统计方法,初步探讨经济发达区农村坑塘水质与土地利用/景观格局之间的特征关系。结果表明:1)苏南地区农村坑塘水质状况不一,自北向南,电导率(COND)、NH_3-N有增加趋势,磷酸盐(TDP)有减少趋势,溶解氧(DO)先降后增。平原区坑塘污染较严重,以DO污染为主,低山丘陵区污染程度较轻,主要为磷元素和DO污染。不同尺度缓冲区内土地利用强度较大,耕地、建设用地占主导地位,平均面积比例在57.34%～73.19%;2)不同景观类型对水质影响存在差异,建设用地与NH_3-N、DO呈正相关,与TDP、COND呈负相关,耕地在200 m尺度上与COND、NH_3-N呈显著正相关,在400～500 m尺度上与TDP呈显著正相关,林地和草地对水质净化具有一定正效应,且在200 m尺度上较明显;3)景观格局指数与水质特征关系较明显且存在尺度差异。相关分析中,100 m尺度下的最大斑块指数(LPI)、景观聚集度指数(AI)与COND、NH_3-N呈显著负相关,100 m尺度下的景观形状指数(LSI)、景观分离度指数(DIVISION)与COND、NH_3-N呈显著正相关。冗余分析中,100 m缓冲区内,第一排序轴(约束轴)累积百分比为94.4%,相关系数为53.3%,较好表达水质指标与景观格局指数的关系;4)LPI、LSI、DIVISION、斑块结合度指数(COHESION)及AI与地区水质特征关系最为明显。斑块密度越小,破碎度越低,聚集与连接度越低,分离度越高则越有利于地区坑塘水质的保护。通过多维度分析,在一定程度上揭示了苏南地区坑塘生态水文过程,有利于经济发达区农村坑塘管理和水质保护,研究结果可为政府相关部门决策提供一定参考。