渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

修河中上游流域土地利用变化对径流的影响

[目的]土地利用的变化对流域水文过程产生了重要的影响,研究土地利用变化下的水文响应已成为水文学科研究的一个热点。[方法]以修河中上游流域作为主要研究区域,分析了35年来修河中上游流域各种土地利用类型的变化特征,并利用1987—2000年水文气象数据资料,构建了SWAT模型,通过设置1980年、1990年、2005年和2015年4种土地利用情景,定量分析了修河中上游流域土地利用变化对径流的影响。[结果]SWAT模型在研究区具有较好的适用性。1980—2015年,修河中上游流域主要用地类型为林地、耕地和草地,三者面积之和占流域的98%。其中高利用城市用地和耕地对径流的影响系数是正值,说明高利用城市用地和耕地对径流起促进作用;林地、草地对径流的影响系数均表现为负值,说明林地和草地对径流有抑制作用,且草地的抑制作用更加显著。此外,林地和草地在丰水季会减少径流,在枯水季却会增加径流,有类似海绵的作用。[结论]模拟研究土地利用变化对修河中上游流域径流的影响在合理规划水土资源、改善生态环境方面具有十分重要的现实意义。     

土地利用和气候变化对流溪河水库流域径流的影响

[目的]探究径流对土地利用与土地覆被变化(LUCC)和气候变化的响应，为华南地区流溪河水库流域未来水资源的合理利用开发及社会经济可持续发展提供依据。[方法]通过构建分布式生态水文模型CHESS和设置情景模式，定量分析了土地利用和气候变化对径流的影响，同时结合CA-Markov模型，对流域未来径流变化进行了预测。[结果]CHESS模型在流溪河水库流域径流模拟中有很好的适用性，率定期的纳什系数(NS)为0.82,R²为0.91,验证期的NS为0.74,R²为0.86;土地利用变化方面，耕地转化为林地或草地会导致年均径流量减少，林地或草地转化为耕地会导致年均径流量的增大，耕地、林地、草地对径流形成的贡献能力为耕地>草地>林地；气候变化方面，年均径流量与降水量成正比，与温度成反比；2000—2020年，流域年均径流量逐渐增大，气候变化促进了径流的形成，土地利用变化抑制了径流的形成，且气候变化的影响占主要地位；未来预估情景下，2030年、2050年流域内建筑用地面积会增大，林地、草地面积会减小，耕地、水体面积变化不大，且在2040—2050...     

渭河源区坡耕地时空变化及其土壤保持效应

[目的] 分析渭河源区不同等级坡耕地的时空变化,揭示不同坡耕地类型的土壤保持效应,探讨退耕还林还草工程对渭河源区坡耕地及土壤保持的影响,为完善不同坡耕地资源合理规划利用提供科学依据。[方法] 利用1990,2000,2010和2020年4期渭河源区土地利用和地形数据,通过叠加分析、耕地动态度、土地利用转移矩阵和中国土壤流失方程等方法进行分析。[结果] ①1990—2020年耕地呈先缓慢增加后急剧减少再缓慢减少的趋势,面积净减少321.03 km²,其中陡坡耕地和缓坡耕地是耕地变化主要类型。②近30 a来,耕地的时空变化主要表现为1990—2000年耕地少量转入,主要分布在漳县和岷县;随着退耕还林还草工程的实施,有279.80 km²的坡耕地转变为林草地,其中耕地转换为草地主要分布在通渭和陇西县,而耕地转换为林地主要分布在陇西和岷县。③1990—2000年渭河源区林草地开垦导致土壤保持量减少5.52×10⁴ t,而2000—2020年退耕还林还草导致土壤保持量增加2.21×10⁶ t,其中大于15°的坡耕地的转变对土壤保持量变化影响更大。[结论] 渭河源区退耕还林还草工程成效显著,其中2000—2010年陡坡耕地的退耕面积最大,陡坡耕地退耕地土壤保持总体效应最大,但峭坡耕地退耕地单位效应最大。峭坡耕地仍有较大退耕空间,依旧是新一轮退耕任务的主要目标。     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

基于SWAT模型的丹江流域土地利用变化对径流影响研究

为定量分析土地利用类型变化对径流的影响,基于SWAT模型,通过分析丹江流域近20年来的土地利用变化,并设置3种不同土地利用情景模式,探究了土地利用类型对流域径流的影响作用。结果表明:SWAT模型率定期和验证期的决定性系数R²和纳什效率系数NS分别为0.8,0.73和0.86,0.78,适用于丹江流域径流模拟。2000—2020年,丹江流域土地利用变化引起的径流变化为-0.18%; 情景1中,把林地、草地全变为耕地的情况下,模拟的年均径流变化率为61.65%,情景2中,把耕地和草地全转换为林地的情况下,模拟的年均径流变化率为-12.69%,情景3中,把耕地和林地全转换为草地的情况下,模拟的年均径流变化率为24.24%。耕地对径流深度的影响系数为0.26 mm/hm²,林地对径流深度的影响系数为-13.35 mm/hm²,草地对径流深的影响系数为-0.01 mm/hm²。由此得出,耕地对产流起促进作用,草地和林地对产流起抑制作用。为维护丹江流域生态环境,增强丹江流域径流供给,应科学开发耕地资源。     

1995-2016年三岔河上游土地利用变化对径流的影响

[目的]分析1995—2016年间黔中水利枢纽工程的水源区——三岔河上游流域降雨、径流以及土地利用变化情况,通过探讨土地利用变化对径流的影响,为预测未来流域水资源变化规律和黔中水利枢纽工程水资源的调配提供一定的参考依据。[方法]采用常规线性回归和结果模拟来分析降雨和径流的关系,利用土地利用动态变化指标和转移矩阵研究土地利用变化对径流的影响。[结果]20 a来三岔河上游降雨和径流总体呈波动下降的趋势,其演变过程划分为两个阶段：1995—2010年（第一阶段）降雨和径流呈持续下降趋势,2010—2016年（第二阶段）降雨和径流总体呈波动下降趋势,但径流下降幅度较大。1995年以来,流域土地利用结构变化比较明显。草地和林地面积增加5.33%和3.63%,耕地减少了6.92%,耕地向草地、林地和建设用地的转换构成土地利用变化的主导过程。除降雨影响外,土地利用变化是造成径流持续减少的主要原因。2010—2016年,草地和林地分别增加了19.93%和5.25%,耕地和未利用土地分别减少13.93%和87.97%,表明土地利用变化是造成径流大幅减少的主要原因。此外,黔中水利枢纽工程平寨水库的修建,在一定程度上对径流减少具有重要作用。[结论]三岔河上游土地利用变化与径流的变化联系紧密,土地利用变化的结果使径流量减少。     

黑河水库非点源污染时空分布研究

[目的]对黑河水库上游流域进行非点源污染模拟与分析,为水库水环境质量改善提供科学支撑。[方法]采用非点源污染—SWAT模型对流域内水文站2002—2008年的实测降雨、逐月径流以及泥沙及水质数据进行率定与验证,并对流域的非点源污染进行分析。[结果](1)非点源污染的产出主要集中在汛期(6—10月)且与降雨成正相关关系;(2)流域内降雨量分布从南向北、从山区向平原递减,径流深与降雨量成正相关,泥沙、非点源负荷的空间分布与降雨量相反;(3)不同土地利用类型单位面积的非点源污染产出不同,耕地最大,草地次之,林地最小;(4)面积耕地减少,污染负荷显著减少,耕地转换为林地的效果优于耕地转换为灌木林,退耕还林还草可有效减少流域内非点源污染负荷。[结论]黑河水库非点源污染主要发生在下游汛期6—10月,退耕还林、减少施肥可有效控制区域非点源污染。     

基于遥感的土地利用与退耕还林时空变化研究--以延河流域下游地区为例

随着退耕还林草政策的实施,我国的退耕还林工程取得了很大的成效。利用中巴卫星数据CBERS对陕北延河流域下游近10a的土地利用变化进行动态监测,并对其空间结构的变化进行了量化。研究结果表明,延河下河地区林地面积增加了8%,草地增加了20%,耕地减少了38%,并且有1.03%的耕地变为林地,57.49%的耕地变为草地。实现了对区域生态环境变化的动态监测,为黄土丘陵地区退耕还林还草、生态环境调查及动态监测提供了可行的方法。     

退耕还林（草）对延河下游流域生态系统服务价值的影响

为定量评估延河下游流域退耕还林（草）对生态环境的影响,在分析处理退耕前（1997年）TM影像和退耕后（2005年）CBERS卫片的基础上,根据Costanza及我国学者相关研究成果,计算并比较了延河下游流域退耕前后的生态系统服务价值。研究结果表明,通过退耕还林（草）,延河下游流域的生态资产总值增加3．6％,说明该区域的生态环境状况有所改善;退耕前后不同土地利用类型生态系统服务价值大小排序基本不变,依然是草地〉耕地〉林地,草地的贡献率增加10％,耕地贡献率减少11％;退耕前后生态系统服务功能价值结构比例基本未变。     

关川河流域土地利用变化对径流的影响

土地利用/覆被变化(LUCC)引起的径流响应研究不仅是流域水文学的一个热点,也是评估国家退耕还林战略实施效果的需要。选择黄土高原西部关川河流域为对象,依据流域出口大羊营水文站1993—2001年期间5—9月的径流资料,对SWAT模型进行参数率定。进而利用率定后的SWAT模型计算1980年、2000年两期土地利用下的径流量,分析土地利用变化的水文响应。结果表明:模拟率定期和验证期的决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数分别为:0.85,0.78和0.86,0.84,说明模型对关川河流域汛期径流量模拟具有较高的适用性;关川河流域在实施了退耕还林草后,2000年较1980年耕地大面积减少而草地大面积增加。在气象条件相同的前提下,即气象输入数据不变的情况下,2000年土地利用下的月径流模拟值相比1980年土地利用下的月径流降低,9a内年均(5—9月份)径流量减少1.39m3/s。既在气候不变情况下,林草植被恢复将会引起流域径流趋于减少。     

1990-2017年喀斯特自然保护区土地利用变化对生境质量的影响

[目的] 探讨自然保护区生境质量变化规律及其影响因素,为制定有效的区域生态保护政策提供科学依据。[方法] 基于Landsat系列影像数据,采用生境质量估算模型与土地利用转型生境贡献率,以贵州省兴义市坡岗自然保护区为例,分析土地利用变化对不同功能分区生境质量的影响并定量评估退耕还林还草政策情景对生境质量改善效果。[结果] 1990—2017年自然保护区土地流转主要发生在草地和耕地转为林地、其他类型转为草地和林地间。28 a保护区平均生境质量提高15.71%,且呈现先增加后减少的趋势。1990年保护区平均生境质量表现为：缓冲区 > 核心区 > 试验区,2001年以后转换为：核心区 > 缓冲区 > 试验区。在退耕还林还草政策情景下,坡岗自然保护区平均生境质量从当前情景的0.88提高到0.92,生境质量改善。[结论] 坡岗自然保护区的建立、退耕还林还草工程的实施以及人类活动的增加是影响保护区生境质量变化的主要原因。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

基于SWAT和PLUS模型的窟野河流域径流对土地利用变化的响应及预测

[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R²和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.877 4,Kappa系数为0.802 1,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km²,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km²;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河...     

土地利用和气候变化对嘉陵江流域水文特征的影响

以嘉陵江流域为研究区,通过模型校准与验证得到适宜于该流域的SWAT模型,在综合考虑土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,模拟了不同情景下的主要水文要素。结果表明:(1)1985—2005年,流域林地减少,城镇和农村居民用地增加;草地和工业用地在上游减少,中下游地区增加;耕地在上游增加,中下游地区减少。流域总体呈暖干化趋势,上游地区水热条件的变化较中下游地区大。(2)与1976—1995年相比,土地利用和气候变化共同作用使地表径流增加,地下径流、土壤含水量、壤中流、实际蒸散发和产水量减少。其中,气候变化对流域水文过程的影响大于土地利用变化。林草地具有明显的水土保持作用,耕地在水土保持和水源涵养方面呈负贡献。RCP8.5情景下年平均产水量较RCP 4.5情景高,但长期来看,RCP 4.5情景对降低地表径流和实际蒸散发,增加地下径流、壤中流和产水量的作用优于RCP 8.5。(3)土地利用和气候变化对流域地表径流的影响较大,对中下游的影响大于对上游的影响。     

基于碳汇生产理念下的县南沟流域退耕还林工程实施效果评价

县南沟流域是黄土高原的典型退耕区,退耕还林工程改变了其土地利用结构,从而对流域碳汇量及碳汇生产格局产生了重大影响。该文以此为切入点,根据各种土地利用类型特点,采用相应模型估算出县南沟流域1999—2012年林地、草地、园地、耕地和建设用地的碳汇量与碳源量,通过分析流域碳汇的变化,对退耕还林工程实施效果进行评价,以期为退耕还林工程评估方法的完善提供支撑。结果表明:退耕还林工程显著增加了碳汇量,使农户成为实际的碳汇生产者;林地是主要的碳汇用地,林地固碳量随林地面积增加增长迅速;耕地固碳量在耕地面积减少的情况下通过耕作方式和种植结构的改变维持稳定;不同区位、不同退耕力度形成土地利用结构差异,导致碳汇差异;实证结果同时表明,退耕林草地是CDM框架下主要碳汇生产来源,近期应注重提高退耕林质量,并减少农业生产中的化肥用量、增施有机肥。通过建立碳交易机制,将碳汇商品化,可进一步提高退耕还林工程效应,稳固退耕还林工程成果。     

晋江西溪流域土地利用变化的输沙响应

[目的]对晋江西溪流域不同子流域的产沙情况进行模拟与分析,并模拟单一土地利用类型对输沙量的影响,为晋江流域水资源质量改善提供科学支撑。[方法]构建流域月产沙的HSPF(hydrological simulation program in fortran)模型,分析实际情况下的产沙情况,模拟园地、耕地和林地3种不同极端土地利用情景对流域输沙量的影响。[结果]①月泥沙的相关系数(R~2)、Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)、相对误差(R_e)在率定期分别为0.849,0.789和-5.720%,在验证期分别为0.836,0.837和10.790%,模型具有较高的精度;②年平均产沙量较高的地区主要分布在园地和耕地比例相对较高区域;③从年尺度上看,园地、耕地和林地情景的输沙量与基期相比变化情况分别为23.56%,20.39%和-17.42%。从月尺度上看,所有情景在丰水期的输沙量都大于枯水期,其中5月和7月3种土地利用情景的输沙量表现为:耕地园地林地,6月和8月3种土地利用情景的输沙量表现为:园地耕地林地;④山地茶果园不合理开发和坡耕地比重较大且没有采取合适的水土保持措施是园地和耕地情景年输沙量上升的主要原因,林地遭受破坏且林种结构不合理是林地情景降低输沙量有限的主要原因。[结论] HSPF模型在流域输沙量模拟中具有较高精度;研究区园地和耕地导致输沙量上升,林地可降低输沙量但降低幅度有限。     

基于SWAT模型的张家口清水河流域土地利用情景变化对径流影响研究

土地利用是区域气候和环境变化的重要影响因素。以3S技术为依托,分析25年来张家口清水河流域土地利用类型变化特征,建立了流域SWAT模型并评价了其在张家口清水河流域的适用性,通过设置5种土地利用变化情景,定量分析了张家口清水河流域主要土地利用类型对流域径流的影响。结果表明:SWAT模型在张家口清水河流域具有很好的适用性。1990—2015年,张家口清水河流域的土地利用类型以林地、草地和耕地为主,3种土地利用类型面积总和均占流域总面积的96%以上。其中林地对径流量的影响系数为1.908 m~3/(km~2·h),草地对径流量的影响系数为1.836 m~3/(km~2·h),说明林地和草地都具有截留径流的作用,且林地的作用大于草地;耕地对径流量的影响系数为3.168 m~3/(km~2·h),说明耕地对径流起增加作用。因此,合理开发耕地资源,保护林草资源有利于促进张家口清水河流域生态环境质量的改善。     

近15年来洮儿河流域土地利用变化研究

流域土地利用/覆盖变化研究是当前全球变化研究的重要内容。通过对1986和2000年洮儿河流域两期Landsat-TM遥感影像资料的解译,在ArcGIS技术的支持下,采用土地利用转移矩阵、土地利用综合指数和重心模型等数学方法,探讨了洮儿河流域近15年来的土地利用变化过程。近15年来,流域内耕地面积明显增加,林地面积明显下降,草地面积略有上升,水域面积略有下降。流域上游林地减少主要转为草地,部分转为耕地,林地重心向流域东南方向漂移;流域中下游草地被大面积垦殖为耕地,并有部分转为林地。草地重心向流域上游西北方向漂移;耕地面积明显增加,重心也明显向流域中游漂移,并有部分耕地转为林地和草地。洮儿河流域土地利用程度逐渐增强,土地利用程度综合指数明显上升,流域开发有加强趋势。     

闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究

通过构建适用于闽江流域的SWAT分布式水文模型，结合情景设置法，分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程，以定量分析土地利用变化对流域径流影响。结果表明：（1）经过参数率定的SWAT模型，率定期和验证期的评价指标R²>0.9，NSE>0.8，|PBIAS|<10%，符合模型径流模拟要求，在闽江流域具有良好的适用性；（2）相比闽江流域现状土地利用情景，耕地储备、建设开发情景下流域年均径流量分别增加12.41%，22.89%；植被恢复、分区调控情景下流域年均径流量减少4.09%，1.61%，林地和草地类型能有效减缓地表径流，减小径流年际变化量，而耕地、建设用地类型产流作用明显；（3）结合涵养指数值及丰、枯水期月均径流模拟结果分析，研究流域内林地和草地类型涵养水源、调节径流功能显著，耕地和建设用地类型径流调节能力较差，但前者水源涵养能力相对优于后者；（4）以"闽西北区合理开发耕地，保护森林，闽东北区推广坡度工业"为依据设置的分区调控情景，既能有效减缓与调节流域径流，又能保证区域粮食产量与促进经济发展，实现生态效益与经济效益统一，为闽江流域科学高效、可持续的土地利用规划提供参考。