太湖流域土地利用变化的水文效应及其风险评价

以土地利用集约化程度高，城市化进程快的太湖流域为研究区，采用1985，2000年TM／ETM土地利用解译数据分析15a来土地利用变化特征。运用长周期水文分析模型L-THIA．基于流域各气象站1971—2000年共30a的日序列降水数据，计算1985，2000年这2个时段土地利用特征对地表径流的影响，评估土地利用变化的水文效应。研究结果表明，太湖流域土地利用变化主要表现为城镇扩展。全流域城镇扩展导致年平均地表径流增加1．14×10^8m^3，约为总径流量的2．9％。土地利用空间差异导致苏锡常区和浦东浦西区，分别增加了6．01％和3．91％。城市化高度发展的沪苏锡常城市带，1985—2000年间城镇面积增加635．2km^2，相应径流量增长6．5％。基于单元格网城市化水文效应风险评价结果显示，低、中、高风险区面积分别占评价区面积的37．5％，50％和12．5％。     

小江流域土地利用变化及其趋势分析

运用遥感和地理信息系统技术，提取了小江流域1987，1995年和2000年土地利用空间数据，分析了1987～2000年间小江流域土地利用类型变化的幅度、速度以及类型之间相互转移，并应用马尔柯夫概率模型对小江流域2015年土地利用格局进行了预测。结果表明：13年来小江流域耕地、林地以及城乡工矿用地面积均显著增加，其中耕地增加最为显著，由1987年的345．1km^2增加到2000年的398．7km^2。小江流域土地利用变化速度很快，年均变化速度达0．49％；对单一土地利用类型来说，城乡工矿用地的年均变化速度最大，年变化率达3．52％，其次为耕地和水域。增加的耕地主要来自草地、林地和水域；林地中除部分转化为耕地外，由12．64％的林地退化成草地；草地和未利用地基本保持不变。到2015年，小江流域耕地、林地、水域和城乡工矿用地面积和比例将会增加，草地和未利用地面积和比例将会下降。     

西笤溪流域不同土地利用类型营养盐输出系数估算

各种土地利用类型营养盐输出系数是建立非点源污染模型的重要参数。以位于太湖地区的西苕溪流域为研究区,利用G IS技术进行子流域划分并选择了11个典型小流域,通过对2004年Spot遥感影像解译获得流域土地利用数据,于2004年分3次监测了各个小流域出口的TN、TP浓度。基于以上数据,定性分析了小流域土地利用结构与营养盐输出关系,表明随着耕地面积比例增大或林地面积比例减小,营养盐输出水平增大;在此分析基础上,建立了小流域不同土地利用类型（耕地、林地）面积比例与TN、TP浓度的定量关系,并进而计算获得西苕溪流域耕地的TN、TP输出系数分别为4.747 3 m g/L,0.089 6 m g/L,林地的TN、TP输出系数分别为0.271 3m g/L,0.007 5 m g/L,为流域尺度的营养盐输出负荷估算提供重要参数。     

1990-2018年东江流域土地利用变化及其驱动力

[目的] 分析东江流域1990-2018年土地利用时空变化特征及驱动机制，为该流域土地利用优化提供科学参考。[方法] 利用流域土地利用数据及统计年鉴数据，结合土地利用评价指标、主成分分析法及灰色关联分析法分析流域土地利用变化特征及其驱动机制。[结果] ①东江流域1990-2018年土地利用以耕地和林地为主，流域建设用地面积持续增加，其余地类面积均呈减少趋势，耕地和林地是建设用地面积的主要来源；②流域土地利用综合指数逐年增加，变化率为0.038，土地利用处于上升发展阶段；③流域土地利用变化驱动力主要为经济增长、人口增长、社会富裕程度和农业发展；各类驱动因子对各土地利用类型的驱动作用不同。[结论] 1990-2018年，东江流域土地利用结构不断优化，土地利用集聚程度增加，随着粤港澳大湾区的建设开发，未来流域内土地开发利用活动将更加频繁。     

长江上游流域土地利用对面源污染影响及其差异

基于遥感与地理信息系统技术,对比分析了长江上游流域2000—2006年土地利用变化;利用输出系数模型,计算了土地利用引起的面源污染负荷,并从面源污染TN和TP负荷量、负荷强度和不同来源等角度,综合分析得出长江上游流域土地利用变化对面源污染影响及其差异。2000—2006年,长江上游流域耕地面积减少约1.10×104km2,林地面积增加约1.10×104km2,其他土地利用变化很小,表明西部大开发以来,天然林资源保护、长江防护林和退耕还林等工程实施效果明显。长江上游流域土地利用造成的TN和TP负荷量2000年分别为114.14×104t和3.39×104t,2006年分别为111.21×104t和3.31×104t。四川省西北部雅砻江中游流域、大渡河上游流域、岷江上游流域和贵州省北部乌江中游流域,2000—2006年面源TN和TP负荷显著减少。     

怒江流域土地利用/覆被变化及其景观生态效应分析

土地利用／土地覆被变化不仅改变了地表景观结构及其物质循环和能量流动，而且对区域生物多样性和重要生态过程有着极其深刻的影响。通过对怒江流域1985，1995，2000年3个时期的土地利用／覆被空间数据的分析计算，得出近15年来，各土地覆被类型的动态变化信息，并借助景观生态学中的景观格局变化分析模型进一步研究了流域土地覆被变化产生的生态环境效应。研究表明：1985～2000年怒江流域各土地利用类型及景观格局指数均发生了重要变化。土地利用变化表现出城乡居民工矿用地、耕地、草地明显增加，而林地和未利用地呈减少趋势，反映出流域城镇化进程的加快和生态环境恶化的趋势；景观总体上表现异质性在减小，斑块类型趋于均匀分布的趋势，景观稳定性在降低。     

天目湖流域土地利用的动态变化及其景观响应

采用遥感、地理信息系统及景观分析的方法研究了天目湖流域1984年、1995年、2000年、2004年4个时段土地利用／覆盖变化及其景观响应。结果表明：20年来天目湖流域土地利用变化的阶段特征明显,2000-2004年这一时段的土地利用变化最为剧烈,共有14．75％的土地类型发生了变化,年均变化率为3．68％,且近期开发的空间范围广、强度大;各种景观指数对土地利用／土地覆盖变化呈明显的时空响应;迎湖地区景观格局指数的变化最为剧烈,背湖地区较为平缓;人湖河流流域的景观指数空间分异较为明显,下游地区变化较大,而其上游相对较小;土地利用变化剧烈的时段与近几年水质恶化的趋势相呼应。     

湟水流域土地利用与覆盖动态变化分析

应用湟水流域1985、1995和2000年3个时期的土地利用与覆盖矢量数据,分别从土地利用一、二级分类角度分析了1985~2000年间湟水流域土地利用与覆盖动态变化。结果表明,湟水流域土地利用类型(一级分类)主要以草地为主,占流域总面积的比例稳定在55%以上。在二级分类的层次上,灌木林、中覆盖草地和旱作丘陵耕地分别在林地、草地和农田中占主导地位,占总面积的比例分别在11%、25%和9%以上。此外,土地利用动态度的分析表明,农田和草地在湟水流域具有较高的稳定性,工矿用地和居民地的变化较大,说明该地区近20年来城镇化进程呈增加的趋势。     

陕西省丹汉江流域土地利用时空变化动态分析

基于中国西部环境与生态科学数据中心1985,1995和2000年3期土地利用图,利用地理信息系统空间分析和数据统计的方法,分析了丹汉江流域1985—2000年土地利用的数量变化、转移情况和变化速率。研究了该地区主要土地利用类型在不同坡度的分布面积和变化特征。结果表明,耕地、林地和草地3种主要土地利用类型占该研究区土地利用面积的99%以上,是该研究区主要的土地利用类型。1985—2000年,耕地、林地、建筑用地和水体均呈先减少后增加的趋势,但草地相反。15a间,耕地和建筑用地分别增加了105.08和14.85km2,林地和草地分别减少了41.02和77.63km2;在不同坡度上,土地利用变化主要发生在5°～35°,而且在15°～25°之间变化最大。     

秦岭地区近20年来土地利用/土地覆盖变化及分析

秦岭地区是中国南北自然环境的天然分界线，是我国自然环境特征形成的一个重要组成部分。利用RS和GIS技术，分析了近20年来秦岭地区土地利用／土地覆盖在数量、结构、类型和空间分布上的变化情况。并对土地利用／土地覆盖变化的驱动力作了进一步探讨，得出以下结论：20年间秦岭地区土地利用／土地覆盖变化林地、草地和建设用地呈增长趋势，耕地、水域和未利用地则呈减少趋势，林地基本呈稳定状态，增幅仅为0．70％，但增加和减少的面积均较大；耕地减少的幅度较大。减幅为158838．02hm^2。主要转变为林地、草地和建设用地，并且多为优质良田；建设用地高速增长，增幅为47．46％，主要源于耕地，草地也呈增加态势，增幅为10．99％，主要源于林地与耕地；该区土地利用／土地覆盖变化的驱动力主要为：人口压力、经济因素、宏观政策等，且这3方面不是孤立的，而是相互影响、相互制约的，它们共同作用影响着秦岭地区的土地利用／土地覆盖的变化。     

土地利用变化对盘古河流域径流的影响

[目的]分析大兴安岭地区盘古河流域土地利用变化情况,研究流域径流对不同土地利用情景的响应,为合理规划土地利用提供依据。[方法]利用盘古河流域1987,2000和2011年3期土地利用数据和1988—2012年的水文气象资料,结合SWAT(soil and water assessment tool)模型,分析盘古河流域土地利用变化的径流响应。[结果]1987—2011年盘古河流域主要土地利用变化为裸地向林地、草地转化,林地面积增加,裸地面积减少;汛期径流量占年总径流量的比例随着林地的增加而减少;林地的增加使得多年平均年径流量、汛期径流量和最大月经流量均呈减少趋势。[结论]SWAT模型能够较好地模拟盘古河流域的月流量过程;流域径流随着林地面积的增加而减少。     

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。     

华北土石山区土地利用/土地覆被变化的水文响应研究——以张家口云州水库流域为例

以张家口云州水库流域为例研究华北土石山区土地利用/覆被变化的水文响应.收集研究区1968年、1980年和2000年遥感影像.采用MaptGIS解译得到不同时期的土地利用网,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据.并利用研究区逐日降水量和径流量数据,分析不同土地利用时期的水文响应.结果表明:华北土石山区土地利用变化对流域年径流具有显著影响.1981-2000年间植被条件较好的土地利用较1968-1980年间产流有所减少,多年平均径流系数下降了22.22%.在相同的降水条件下,根据不同土地利用降水与径流的拟合曲线进行预测,发现1981-2000年间土地利用产流比1968-1980年间减少了15%～3O%.不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响.植被条件好的时期产流能力明显下降.     

太湖上游地区面源污染氮素入湖量模拟研究

以太湖上游地区为研究对象,通过TM/ETM解译获取土地利用信息,应用IDRISI软件的水文分析模块,对太湖上游地区进行流域划分,选择代表性小流域进行野外监测,分析流域土地利用与河流水质的联系,估算林地、耕地产出径流的面源污染总氮浓度特征;在此基础上采用代表性流域实测参数与分布式水文模型相结合的思路,开发基于单元格网的面源污染模拟模型,应用1980~2000年水文站实测序列对模型进行率定和校验,模拟太湖上游地区面源污染总氮的空间分布及入湖量。研究结果显示,太湖上游地区林地产出径流的总氮浓度参数为0.778 mg L-1,耕地产出径流的总氮浓度参数为2.518 mg L-1。模型及参数在太湖上游地区具有较好的应用效果,验证区径流模拟的平均误差为13%,总氮输出量模拟的平均误差为11.6%。应用模型估算太湖上游面源污染总氮入湖量为7 632 t a-1,约占总入湖量的40.8%。研究区内不同土地利用类型的面源污染总氮输出差异较大,其中耕地面源污染总氮输出量为4 289 t a-1,占面源污染输出总量的56.20%;林地和城镇用地面源污染总氮输出量分别为1 849 t a-1和1 270 t a-1,占面源污染输出总量的24.22%和16.64%。     

基于SWAT模型的长江源土地利用/土地覆被情景变化对径流影响研究

土地利用/土地覆被变化对流域水资源循环过程及配置影响显著。为了研究土地利用/土地覆被情景变化对径流影响情况,以长江源流域为例,构建了适合该流域的分布式水文模型(SWAT),并模拟了不同土地利用/土地覆被情景下的流域年均径流量和径流深。模拟结果如下:当流域林地和草地面积增加到最大,径流量减少了16.7%,达到304.12m3/s,径流深减少14.02mm;当林地和草地面积减少,并逐步变为沙地、裸地,流域径流量增加16.1%,达到424.32m3/s,径流深也增加了13.49mm;当林地和草地面积减少到无植被覆盖,将使流域径流量增加28.4%,达到469.67m3/s,径流深增加23.88mm;在草地覆被最佳状况下,径流量有所增加,但增加幅度不大,只有5.6%,达到385.98m3/s,径流深增加4.72mm。综上所述,长江源流域林地和草地面积增加,导致径流减少,而沙地和裸地面积增加导致径流量增加。     

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...     

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。     

SWAT模型子流域划分引起的土地利用变化对径流和输沙模拟结果的影响

为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm²),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。     

沂蒙山区不同强降雨下土壤的氮素流失特征分析

为探讨不同自然强降雨氮素流失特征,实地观测沂蒙山区孟良崮小流域2010年汛期的降雨与径流过程,选取暴雨(汛期首场强降雨)、大雨(土壤水分相对饱和强降雨)和大暴雨(年最大雨强降雨)3场不同典型强降雨,分析降雨径流及氮素流失特征。结果表明,在首场暴雨条件下,除颗粒态氮外,其他形态氮含量在整个降雨过程中均呈现增加趋势;在大雨过程中,总氮含量在径流峰值前达到峰值,溶解态氮和硝态氮含量在径流峰值后达到峰值,并趋于稳定;在大暴雨条件下,总氮和颗粒态氮含量在径流峰值前浓度陡增到最大后迅速降低。总氮与颗粒态氮的流量加权质量浓度表现为大雨<暴雨<大暴雨,溶解态氮流失浓度百分比介于49.9265%～85.292%,且硝态氮在溶解态氮中占主导地位。不同形态氮和泥沙的平均流失率随着降雨强度的增强而增加,均表现为大暴雨>暴雨>大雨。该研究为沂蒙山区小流域水环境保护和非点源污染治理提供依据。