气候和土地利用变化对潮河流域产流产沙的影响

为探究气候变异和土地利用变化对流域产流产沙的影响,选择位于北京密云水库上游的潮河流域,对该流域1961-2009年的年径流、年降水、年潜在蒸散发和年输沙量分别进行了非参数检验和突变点分析,结合该流域不同时期的土地利用变化情况,采用水量平衡原理,定量评价该流域土地利用和气候变异对年径流量和年输沙量变化的贡献。结果表明:该流域年径流量在1961-2009年间呈显著减少趋势,并在1999年发生突变,但年降水和潜在蒸散发没有显著变化。该流域年输沙量显著减少,且于2004年发生突变。分析表明该流域气候变异和土地利用变化对年径流量减少的贡献率分别为43.9%和56.1%,而对年输沙量减少的贡献率分别为1.95%和98.05%。土地利用变化是导致该流域年径流量减少,特别是年产沙量减少的重要原因。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主体的水土流失综合治理,是实现适应性流域管理目标的根本途径。     

黄土高原吕二沟流域土地利用/覆被和气候变化对径流泥沙的影响

为了研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域生态水文的影响,以吕二沟流域为研究对象,采用非参数统计秩检验法的分析方法,根据研究区1982-2010年的气象数据,对其中的径流量和输沙量进行了突变点检验,分析了不同时期的径流量和输沙量的变化,以及不同时期土地利用和气候变化对流域径流泥沙的贡献。结果表明：（1）径流泥沙在非显著变化期内的减少量和幅度均小于其在显著变化期。（2）在非显著变化期内,径流的减少,气候因素的贡献率为40.98%,而土地利用的贡献率为59.01%,即流域土地利用变化是导致流域径流量减少的主要原因;人类活动使泥沙量减少1.38万t,而气候变化使泥沙量减少0.81万t。（3）在显著变化期内,径流的减少气候因素的贡献率为65.57%,而土地利用的贡献率为34.43%;人类活动使泥沙量减少4.80万t,而气候变化使泥沙量减少4.37万t。（4）在研究期内,人类活动对生态水文影响作用逐渐减小,而气候变化对其影响逐渐加剧。     

黄土高原藉河流域径流对气候和土地利用变化的响应

[目的]揭示黄土高原区中尺度流域径流对气候和土地利用变化的响应规律,为合理解决流域水资源利用和实现水资源的可持续管理提供理论支撑。[方法]以黄土高原藉河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、距平累积曲线、双累积曲线以及分离评判法等方法进行研究。[结果](1)1962—2010年藉河流域年降雨呈下降趋势,但下降趋势不显著(p0.05);流域年径流深呈显著下降趋势(p0.001),且在1985年发生减少突变;(2)坡耕地面积减少,梯田面积增加是研究时段内流域土地利用变化的最明显特征。[结论]研究时段内土地利用变化是藉河流域径流量减少的主要驱动因素,影响贡献率为90.2%,而气候变化影响较小,贡献率仅为9.8%。     

昕水河流域径流变化及其对气候和人类活动的响应

开展流域尺度气候变化和人类活动对径流的影响研究是科学制定流域综合管理规划,并实现流域可持续管理的基础。以黄土高原丘陵沟壑区的典型流域——昕水河流域为研究对象,结合流域多年(1958—2015年)气象水文数据,采用M-K趋势检验法分析年降水、年潜在蒸发散和年径流量的变化趋势,运用双累积曲线法分析年径流量序列的突变年份,并根据生态水文分析法与水量平衡原理定量解析流域尺度气候变化和人类活动对年径流的影响。结果表明:1958-2015年,流域年径流量变化呈显著下降趋势(Z=-5.84,p<0.0001),而降水(Z=-0.72,p=0.31)和潜在蒸散发(Z=-0.5,p=0.88)变化趋势不显著。双累积曲线法表明径流量突变点为1974年和2000年,其中,1975—2000年间影响径流减少的主要因素是气候变化,气候变化导致径流量减少的贡献率为73.14%,土地利用方式仅为26.86%;而2001—2015年土地利用变化是影响径流减少的主要原因,其贡献率高达103.81%,可见土地利用变化已成为昕水河流域径流量变化的主要驱动因素。在今后的流域治理中,需合理制定土地利用方案,实现昕水河流域水土资源协调发展。     

黄土高原泾河流域气候和土地利用变化对径流产沙的影响

研究黄土高原流域水沙对气候和土地利用变化的响应机理,对生态调控决策制定及区域水土保持措施优化配置具有重要意义。以黄土高原泾河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线等方法,定量分析了流域近40年降水、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域气候和土地利用变化对流域水沙量的影响。结果表明:（1）泾河流域径流深和输沙模数年际均呈显著下降趋势,在20世纪80,90年代尤为明显;（2）泾河流域土地利用结构发生了重大变化,具体表现为坡耕地向梯田的转换、耕地向林地草地的转换和沙地裸地向草地灌丛的转换;（3）人类活动影响下的土地利用变化对径流泥沙贡献率分别为82.90%,94.10%,气候因素影响很小。     

黄河中游地区年径流对土地利用变化时空响应分析

以黄河中游河龙区间为研究区,以水土流失综合治理及生态环境建设导致的土地利用/覆被变化为背景,采用非参数统计法,基于区内38个水文站20世纪50年代至2000年水文数据,分析流域年径流对土地利用/覆被变化响应的时空变异特征,估算影响因素贡献率。结果表明：其中29条流域年径流量呈显著减少趋势,变率为0.17～2.61 mm/a;28条流域年径流量具有显著跃变时间,无定河流域各水文站跃变时间多在1970—1973年间,其余则多为1978—1985年,最晚为1994年;在5%、50%和95%的发生频率上,跃变前后时段年径流量减少幅度以30%～60%普遍,最大分别为73.2%、63.5%和69.7%;河龙区间整体呈显著减少趋势,变率为0.79 mm/a,跃变时间发生在1979年,3个频率上的减少幅度分别为46.5%、42.4%和24.1%。估算的11条流域中有9条土地利用/覆被变化等人类活动对流域径流减少影响程度超过50%。水土保持措施面积的增加,尤其淤地坝等水利水保工程措施的持续修建,对区域地表径流变化具有明显影响。     

土地利用和气候变化对黄土区典型流域水沙变化的影响

为了探究土地利用和气候变化对黄土高原地区水沙情势的影响,选择生态恢复效果非常显著的汾河上游岚河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动t检验法和YAMAMOTO指数法对该流域1955—2018年的年降水量、年径流量和年输沙量进行变化趋势分析和突变检验,在此基础上,利用径流/输沙历时曲线分析黄土高原生态恢复背景下流域水沙的演变规律,并根据双累积曲线法定量评价土地利用和气候变化对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:岚河流域年降水量在1955—2018年期间呈现不显著的增加趋势,而同时期年径流量、年输沙量均呈现极显著的减少趋势,年均减少率分别为0.65 mm和38.95 t/km²,并均在1983年和1999年附近发生突变,具有较好的水沙变化同步性。与基准期(1955—1982年)相比,水土保持效应期(1983—1998年)的年均径流量减少29.07 mm,年均输沙量减少5917.88 t/km²,退耕还林效应期(1999—2018年)两者相应减少33.18 mm和6967.34 t/km²,而分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期、平水期和枯水期径流量和输沙量均呈现减少趋势,且输沙量的减少程度大于径流量的减少程度。流域水土保持效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为83.21%和83.52%,退耕还林效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为117.88%和103.48%。由此可见,各时期土地利用变化是流域水沙变化的主导因素,而气候变化对流域水沙变化影响较小。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主的水土保持措施,是实现黄土高原水土流失治理及生态保护的根本途径。     

锡林河流域径流变化规律及气候波动和人类活动影响的定量分析

多种原因导致内蒙古高原内陆河草原流域草地退化及环境恶化,定量分析其径流变化规律和影响因素对于流域的生态保护具有重要的意义。基于内蒙古锡林河流域1963—2015年水文、气象和社会经济等数据,采用累积距平法、双累积曲线法、改进的M-K趋势检验法和累积量斜率变化率比较法等方法,从年代、水文年及季时间尺度剖析了锡林河流域径流演变的规律,定量计算了气候波动和人类活动对锡林河径流变化的贡献。结果表明:锡林河流域径流量在各时间尺度均为显著(p0.05)减少趋势,而各气候要素的波动变化趋势不明显,但流域内社会经济变化显著;径流量在21世纪初达到最小,相对于20世纪90年代减少了54.9%;流域内降水、径流变化的突变年份均为1998年,1998年前后气候波动对径流减少的贡献率仅为30.34%,而人类活动对径流减少的贡献率达到69.66%,人类活动是引起径流量减少的主要驱动因素。     

黄河中游窟野河流域水沙关系变化特征及其成因分析

为探讨人类活动和气候变化对窟野河流域水沙情势的影响,基于1956—2019年窟野河流域降水量、径流量和输沙量等监测数据,运用累积距平法、双累积曲线等方法对窟野河流域水沙变化的特征及其成因进行了分析。结果表明:窟野河流域降水量随时间变化呈不明显减小趋势,而径流量和输沙量随时间变化却呈显著减小趋势,流域水沙减少的因素不是气候变化引起的降水因素; 径流量和输沙量年际变化的转折年份为1979年和1997年; 同基准期A(1956—1979年)相比,B时期(1980—1997年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为14.25%,14.22%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为85.75%,85.78%,C时期(1998—2019年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为8.76%,6.65%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为91.24%,93.35%,降水变化和人类活动都是造成窟野河流域水沙减少的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是窟野河流域径流和输沙减少的主要因素,而气候变化引起的降水减少是次要因素。     

华南湿热山地小流域径流对气候变化和人类活动的响应——以宁江为例

基于1953—2013年宁江流域5个气象站日气温、降水量及控制站河口水文站月径流量数据与1986年、1995年、2005年、2013年宁江流域土地覆被分类数据,运用Mann-Kendall趋势分析、小波分析及累计量斜率变化比较法探讨了1953—2013年宁江流域气候变化与人类活动对径流变化影响。结果表明:(1)1953—2013年宁江流域温度发生显著上升,变化率为0.139℃/10a,降水变化波动较小,而径流量出现显著下降。(2)1990年前流域内径流量与气温、降水存在较为明显的27a周期规律,1990年以来受人类活动影响加大,径流量变化周期受到破坏,未能体现全域性;但在小尺度周期11a上仍与降水量保持同步,表明宁江流域径流量主要受降水影响。(3)随着经济发展以及水土保持工作的进行,到2013年林地面积占整个流域的73.8%,草地面积下降41.6%,耕地面积减少61.2%,土地利用变化较大区域发生在兴宁市北部。(4)与1953—1958年比,1959—2008年宁江流域径流量增加气候变化和人类活动贡献率分别为62.2%和37.8%,2009—2013年降水和人类活动对径流减少贡献率为45.8%和54.2%。     

基于RS和GIS的小流域土地利用时空变化分析——以甘肃省天水市罗峪沟流域为例

根据甘肃省天水市罗峪沟流域1986年矢量格式的土地详查数据库,1990年、1995年和2001年的Landsat TM影像数据,利用地理信息系统和遥感技术,结合空间分析技术和数理统计方法,分析了天水市罗峪沟流域土地利用的数量变化和空间变化特征.明确了研究区主要的土地利用类型,研究区综合土地利用动态度和研究区主要的土地利用类型之间的转移及其速度.结果显示:近11 a该流域土地利用以耕地和林地为主,两者占土地总面积的80%以上;研究区1990-1995年综合土地利用动态度为0.23%,1995-2001年综合土地利用动态度为1.09%,1990-2001年综合土地利用动态度达0.89%;土地利用类型转移的主要方向是向林地转移,占总变化面积的86.82%.其次是转向草地.占总变化面积的10.93%.再次是转向耕地和未利用地,分别占总变化面积的1.183%和1.060%.耕地流向林地的转移速度平均每年35.67 hm~2;耕地的另一个主要流向是草地,其平均每年转移速度3.41 hm~2;未利用土地减少的幅度也比较大,其主要的转向是林地,平均每年转移速度6.09 hm~2;未利用地另外一个转移方向是草地,平均每年的转移速度是1.77 hm~2;河床地流出方向主要是林地,其平均每年转移速度是5.31hm~2;其次是未利用地和耕地,其平均每年的转移速度分别为0.58 hm~2和0.16 hm~2;还有其它各种类型之间的转移,其平均每年的转移速度相对较小.     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

柔远川小流域土地利用强度变化对径流的影响

我国西北地区水资源短缺,近年来河川径流又大幅减少。气候变化和土地利用类型的变化都不是主因,推测可能是土地利用强度和植被结构发生改变引起的。为此,基于柔远川小流域2009年QuickBird遥感影像,结合流域DEM和坡位图,分析流域土地利用强度变化对径流的影响。结果表明:1)柔远川小流域土地利用以草地和农田为主,各占流域面积的69.8%和21.7%,森林仅占3.4%;2)森林主要为疏林,郁闭度、密度和冠幅平均为0.1、260株/hm2和3.4 m;3)草地除受自然因素的影响外还受人为活动的干扰,人为活动可分为苜蓿种植地、水平沟草地和鱼鳞坑草地,分别占流域面积的6.2%、4%和1.8%,但依然以天然草地为主,占流域面积的57.8%,草地以中覆盖度(20%～50%)草地为主,占流域面积的44.2%,高覆盖度(>50%)草地仅占流域面积的2.8%,且全部为苜蓿种植地;4)对坡耕地进行大规模的梯田改造,坡式梯田与水平梯田各占流域面积的6.5%和4.6%,而坡耕地占流域面积的9.3%。研究可知,在泾河流域,以农田梯田化和种植人工草地为主要特征的土地利用强度正在加大,这会对流域径流产生强烈的影响。     

渭河流域蓝绿水对土地利用变化的响应模拟

为深入探讨渭河流域土地利用演变过程对蓝绿水时空变化的影响,该研究基于渭河流域1995、2015年土地利用数据,利用CA-Markov(Cellular Automata-Markov)模型预测渭河流域2035年的土地利用格局;结合SWAT(Soil and Water AssessmentTool)水文模型,设置多种土地利用变化情景,定量分析流域内土地利用变化与蓝绿水量的时空响应关系。结果表明:1)CA-Markov模型模拟2015年土地利用格局效果较好,Kappa系数为0.89,可用于模拟预测;1995-2035年间,耕地主要向建筑用地和草地转移,草地主要向林地和耕地转出,流域内耕地呈减少趋势,单一动态度为-0.27%,建筑用地增速最大,单一动态度达到3.75%。2)1995-2015年间,蓝水量增加了2.38 mm/a,绿水量减少了18.74 mm/a,绿水量减少幅度较大,2015-2035年蓝水量增加了14.82 mm/a,绿水量减少了15.23 mm/a,蓝水量的增加幅度较大;在极端土地利用情景下,退耕还草、还林对蓝水量和绿水量均起减少作用,蓝水量分别减少了9.27、11.37 mm/a,绿水量分别减少了32.94、21.13 mm/a。因此需要合理规划渭河流域耕地、林地和草地,防治水土流失问题,促进流域生态环境的改善。研究结果将对渭河流域土地利用规划和水资源管理提供科学参考。     

Long-Term Hydrological Impacts of Land Use/Land Cover Change From 1984 to 2010 in the Little River Watershed,Tennessee

Assessing long-term hydrological impacts of land use/land cover (LULC) change is of critical importance for land use planning and water resource management. The Little River Watershed, Tennessee, is an important watershed supporting drinking water and recreational activities within and around the Great Smoky Mountains National Park in the Unites States. However, the potential hydrological impacts of LULC change, especially urbanization in recent decades, are not quantified. This paper assessed the long-term impacts of LULC change on streamflow and non-point source pollution using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and a detailed LULC record from 1984 to 2010. The SWAT was first calibrated and validated using observed streamflowin 2010 and then simulated using different LULC patterns in 1984-2010 to quantify the long-term hydrological impacts caused by the LULC change. Simulated results indicated a minor 3% increase in streamflow for the whole watershed from 1984 to 2010, but with a distinct spatial pattern. The increase in streamflow is closely related to urban development. Almost no streamflow increase occurred in the upper watershed within the national park, whereas > 10% increase occurred in the lower watershed, especially in areas close to cities. Model simulation also suggested 34.6% reduction in sediment and about 10% reduction in nutrient loads from 1984 to 2010, closely related to the decrease in agricultural land. However, without calibration and validation, the simulated reduction in the sediment and nutrient loads may be problematic because SWAT mainly simulates the static LULC patterns, whereas LULC transitions, such as construction phases, may generate more sediment and nutrient loads. In addition, the simulation also did not account for the sediment and nutrients generated from stream bank erosion.