流域土地利用变化对径流的影响

美国农业部开发的SCS水文模型可以定量反映土地利用/土地覆被变化对径流的影响,是应用较广的模型之一。在GIS支持下,以1965年西双版纳地形图及1988、2003年两期Landsat TM/ETM卫星影像获取的土地利用数据及实地土壤调查资料确定模型参数(CN值),通过分析CN值的变化来反映土地利用变化对径流的影响。研究结果表明,从1965~2003年,土地利用变化使流域径流系数增大,其中旱地、水田、有林地和草地的变化对流域径流的影响较大;人类活动逐渐向水文土壤条件较差的区域扩张,这种土地利用变化趋势使流域CN值增大,下垫面产流能力增强;人类活动干扰程度大的土地利用类型面积增加,这些土地利用方式对流域径流的影响越来越大。流域水田和水域面积减少,对流域径流的调节能力下降,势必影响到流域的水文循环。     

人类活动对流域森林景观的影响

人类活动从各个尺度影响森林生态系统。以西双版纳流沙河流域为研究区域，利用1988和2003年两期Landsat TM／ETM遥感影像，根据景观生态学原理与方法，分析了坝区、山区及其中间地带（边缘区）人类活动对森林覆盖率及森林景观的影响。结果表明，地形越平坦，森林覆盖率越小；人口密度越大，离居民点越近，人类活动对森林覆盖率、森林斑块平均面积以及森林斑块边界密度的影响越大；山区森林的变化与坝区和边缘区相反：离居民点越近，森林覆盖率越大，破碎化程度越小；受森林保护等政策的影响，15年来尽管森林覆盖率降低，但森林斑块平均面积增大。从1988-2003年，边缘区的森林受破坏最严重，其森林覆盖率、斑块平均面积都下降较多，而边界密度增加较大，破碎化程度最剧烈；人类活动对森林影响的空间范围扩大。居民点周围的森林破坏普遍很严重，容易引发局地自然灾害，这是制定流域管理政策时需要重点考虑的问题之一。     

嫩江流域土地覆被变化对径流量的影响分析

以泥鳅河和科洛河流域为例分析了土地利用/土地覆被变化与河流径流量的关系。森林覆被变化导致了流域用水量的减少,而这部分并没有形成地表径流,而是存储在了森林和草地转变成的沼泽湿地中。科洛河流域耕地和林地面积的减少增加了地表径流,而且林地变化的影响大于耕地的变化。流域土地覆被变化与流域河流径流量的关系复杂,并非单一的覆被类型变化起主导作用,而是各种变化耦合作用影响了河流径流,但其中影响最为显著的是沼泽湿地的变化。     

东江流域2001-2013年土地利用/覆被类型变化的时空特征及成因

[目的]区分人类活动和自然环境变化对东江流域土地利用/覆被类型变化的贡献率,为优化流域土地利用方式、保护流域生态环境和支持粤港澳大湾区建设提供有益的信息和科技支撑。[方法]基于时间序列的遥感影像土地利用/覆被类型栅格数据,结合区域经济发展、土地利用评价指标体系和灰色关联分析,量化东江流域2001-2013年间土地利用/覆被类型变化的时空特征和成因。[结果]①随着时间推移,东江流域土地利用/覆被类型格局由常绿阔叶林、草地和耕地共同主导型转变为常绿阔叶林主导型;②研究期内不同土地利用/覆被类型变化差异明显,灌丛、混合林、常绿阔叶林和草地变化剧烈且相互之间转化频繁,水域、耕地和城镇用地面积变化相对平缓;③非城镇用地转化空间差异显著,耕地的转化程度表现为：下游 > 上游 > 中游;④人口增加、城市建设、技术革新和经济增长是推动东江流域土地利用/覆被类型发生变化的主要原因。[结论]总体来说,最近10 a多东江流域的土地利用/覆被类型变化有利于流域生态环境和水资源的保护,进而有助于粤港澳大湾区的建设。     

生态建设重点区域土地利用变化及驱动因素分析——以潮河流域为例

以密云水库的重要水源地和生态建设重点区域——潮河流域为研究区,基于GIS技术,分析了20世纪80年代中后期到2005年流域的土地利用/覆被变化;在此基础上,构建了土地利用变化驱动力指标体系,对流域土地利用变化的驱动力进行了主成分分析,分析了1981—2005年政策、经济、人口、科技进步等驱动因素对该流域土地利用变化的影响。结果表明:潮河流域的土地利用类型以林地为主,20世纪80年代中后期到2005年,流域林地、草地的变化最为显著,其中林地面积增加最多,草地面积则大幅减少;政策因素是影响该流域土地利用格局变化的主导因素。     

基于多角度的漓江流域土地利用/覆被变化及驱动力分析

改革开放以来,漓江作为国家重点保护的13条河流之一,其流域内土地利用变化的强弱、方向、稳定性状况及其驱动力组成关系着漓江流域生态系统的稳定和桂林市社会经济的发展。基于此,采用1977、1987、2000和2015年4期TM/ETM影像,通过信息熵、空间集聚性及驱动力等从多角度对漓江流域1977-2015年的土地利用/覆被变化及其驱动力进行了研究。结果表明:①1977-2015年,漓江流域土地利用/覆被变化呈现出剧烈-平稳-再次剧烈的变化特点;②流域土地利用综合指数由1977年的228.602增加到2015年的230.878,且越接近市辖区中心土地利用程度越高,流域北部土地利用结构信息熵较小,市辖区最大,极差达到0.86 Nat,不同县域土地利用系统稳定性有所差异;③自然因素中以地形曲率、地貌类型及年均气温对土地利用的影响较大,社会经济因素及半自然半社会经济因素中以旅游景点密度、单位面积粮食产量和单位面积肉类产量这几个因素影响最为显著。     

诺敏河流域土地利用与覆被变化及其对水文过程的影响

流域土地利用/覆被变化及其水文效应是当前全球变化研究的重要内容.为正确认识大兴安岭森林采伐对水文过程的影响,以诺敏河流域为例,在遥感和地理信息系统技术支持下,结合地形图和卫星遥感影像数据,获取1954-2005年诺敏河流域5期土地利用/覆被数据,在GIS空间分析模块下分析诺敏河流域土地利用/覆被变化过程,并探讨土地利用/覆被变化对水文过程的影响.结果表明,近50 a诺敏河流域土地利用方式发生了明显变化,林地和草地分别减少1 940.1 km2和748.99 km2,与林草地的大面积减少相对应,耕地面积增加2 741.7 km2.自1998年实施大兴安岭天然林保护工程以后,林地采伐和耕地开垦速率明显降低;土地利用/覆被变化影响年径流量,林地大规模减少、耕地明显增加的后期土地利用较前期径流量有所增加,且随着降雨的增多,土地利用变化对径流的影响效应随之增强.同一降雨条件下土地利用/覆被变化对径流的影响在生长季具有明显差异.     

2000-2015年四川省南充市土地利用/覆被变化及其驱动因素

[目的]对四川省南充市15 a间土地利用/覆被的时空变化特征及其驱动因素进行分析,为南充市的生态环境建设与可持续发展提供科学依据。[方法]基于南充市2000,2010,2015年3期Landsat影像和QuickBird高精度遥感数据,计算2000—2015年土地利用/覆被转移矩阵和土地利用/覆被状况指数。[结果]①近15 a来,南充市的土地利用/覆被类型以耕地和林地为主,约占研究区面积的80%,但各土地利用/覆被类型间都有不同程度的相互转换。②研究期内,林地面积增加1006.2 km~2,主要由耕地和草地转化而来;建设用地面积增加965.4 km~2,多由水体和耕地转化而来,而耕地、草地和水体面积分别减少了1 549.8,307.9,90.4 km~2。③近15 a来,南充市土地利用/覆被状况指数变化表明,林地和建设用地呈转好趋势(土地利用/覆被状况变化率为正值),耕地呈转差趋势(土地利用/覆被状况变化率为负值)。[结论] 2000—2015年南充市土地利用/覆被变化明显,其中,地形、人口、城市化水平和退耕还林工程等是造成南充市土地利用/覆被变化的主要驱动因素。     

20 年巢湖流域土地利用变化及生态服务功能价值分析

从流域尺度使用现势的土地利用变化数据和历史的土地利用数据研究了巢湖流域的土地利用变化,分析了巢湖流域1988、1995、2000、2008年土地利用类型的生态系统服务价值,并对近20年间土地利用类型变化引起的生态系统服务价值的变化进行了估算,初步揭示了土地利用/覆盖变化对生态环境的影响.     

北京密云水库上游潮河流域土地利用/覆被变化研究

土地利用/覆被变化是影响流域生态过程、水文过程以及生态服务功能的重要因素,分析土地利用/覆被变化是开展适应性流域管理的基础.在对潮河流域1979年、1987年、1999年和2009年的4期Landsat卫星遥感影像进行解译的基础上,利用GIS技术和RS技术,建立该流域土地利用/覆被类型空间数据库,定量分析了流域30 a来土地利用/覆被动态变化特征,并从自然因素和人类活动两个方面对流域土地利用/覆盖变化的驱动力进行了较为深入的探讨.结果表明:潮河流域土地利用/覆被类型以乔木林地、灌木林地和草地为主.与1979年相比,2009年耕地和草地急剧减少,分别占流域的6.31％和13.28％,而灌木林地和乔木林地急剧增加,分别占流域的41.76％和36.26％,建设用地有所增加,占0.98％,未利用地和水域都有所减少,分别占0.27％和1.14％.流域耕地主要转化为草地和灌木林地,草地转化为灌木林地和乔木林地,灌木林地和乔木林地互相转化,建设用地面积的增长主要来源于耕地.     

基于GIS的典型岩溶流域土地利用变化分析——以云南省小江流域为例

在GIS支持下,利用云南小江流域两期土地利用图形数据叠加分析,得到土地利用变化图和土地利用转移矩阵。结果发现,1982—2003年全流域610.12km2的土地利用面积发生变化,占流域总面积的59%。土地利用的类型主要是由未利用地向耕地和林地以及林地向耕地的转化,流域综合土地利用变化动态度达2.95%。土地利用空间格局的基本构型由以大斑块为主体,散布型斑块镶嵌其中转变为以中等斑块为主体,散布型斑块镶嵌其中的构型;区域土地利用的斑块数由1014个增加到1889个,平均斑块面积由1.02km2/个减少到0.55km2/个;流域土地利用空间格局指数中多样性指数增长4.14%,均匀度指数增长4.14%,破碎度指数增长84.6%,优势度指数降低1.6%;未利用地、林地的分离度分别增加114.58%和69.64%,而耕地的分离度减少45.86%;流域耕地、建设用地重心向东北方向偏移,而未利用地、林地重心向南东、南西方向偏移。引入社会、经济数据分析,人口增长、经济发展是流域耕地增加进而导致系列土地利用变化的主要人文驱动力,而生态环境保护等宏观政策是流域林地变化的主要驱动力。     

晋江西溪流域土地利用结构变化的分形研究

基于晋江西溪流域1985与2001年两期土地利用遥感解译数据,运用周长—面积分形方法计算获得了西溪流域两期主要地类的分形维数和稳定性指数,并对土地利用空间格局的变化进行了分析。研究结果表明,西溪流域土地利用的整体分形维数从1985年的1.255减少到2001年的1.169,整体空间结构向着简单、规则的方向发展;林地和水域的分形维数有所增加,其余用地类型均表现为减小。西溪流域土地利用的整体稳定性指数从1985年的0.245增加到2001年的0.331,用地的整体空间结构更加稳定。土地利用空间结构最稳定的地类在1985与2001年分别为林地和草地,两期最不稳定的地类均为耕地。1985—2001年,人类活动对占西溪流域面积近50%的林地的利用趋于无序,空间结构趋于不稳定,今后应重点加强对林地有序利用的规划管理。     

艾比湖流域气溶胶光学厚度与土地覆被景观格局关联分析

土地覆被-景观格局直接或间接影响大气环境,了解大气环境对土地覆被-景观格局的响应,对维护和改善生态环境具有重要的意义。该研究基于环境一号卫星HJ-1B CCD数据,研究艾比湖流域土地覆被-景观格局与气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)的关联关系,首先通过CCD数据反演AOD,然后利用分维数分析和贡献分析方法,定量分析土地覆被-景观格局对AOD的影响。结果表明:1)研究区AOD主要集中于绿洲及人口集聚区,从绿洲的中心到绿洲边缘气溶胶光学厚度逐渐降低,且在南部山区集聚呈带状;2)流域平均AOD与景观指数PD、ED、LSI和AI之间均存在着高度相关性,且景观的组成和空间结构都影响着流域AOD的空间分布;3)通过分维数分析,可知耕地和盐渍地的AOD密度从高值中心到外边界下降,但在其他的土地覆被类型上变化相反,盐渍地和耕地是流域主要空气污染的贡献者;4)应用贡献分析法进一步阐明了耕地和盐渍地可以增加空气污染,而林草地的效果相反。土地覆被变化和人类活动是影响艾比湖流域AOD空间分布主要原因,对AOD与土地覆被-景观格局变化的定量研究可以使研究者更好地了解AOD与土地覆被-景观格局的关系,进一步为土地政策的制定和土地利用规划提供参考。     

土地利用与地形因子关系研究——以砖窑沟流域为例

以黄土丘陵沟壑区的砖窑沟流域为例,依据2003年和2008年两期土地利用现状图,采用地理信息系统(GIS)软件和统计分析(SPSS)软件,进行了基于10m×10m栅格单元的土地利用与地形因子关系的研究,探讨了土地利用格局的演变及其驱动力。结果表明:基于栅格的土地利用类型与坡度、坡向和海拔关系的综合分析是从数量上准确剖析土地利用空间分布特征及其演化规律的有效方法;砖窑沟流域的海拔、坡度、坡向的平均值分别为1069m、19.24°和279°(西坡);采用各种土地利用类型的sin(坡向)和cos(坡向)平均值绘制坡向分布图,可直观地显示各种土地利用类型坡向分布特征。分析表明,农田和宜林荒山共占流域总面积的80%左右,二者的分布和变化控制着整个流域土地利用的地形分布格局。农田主要以坡地和梯田的形式分布于坡上、峁顶和梁顶,坡度较低,而海拔较高,与坡度呈显著负相关,与海拔呈显著正相关;而宜林荒山往往分布于坡度较大而海拔较低的位置,与坡度呈显著正相关,而与海拔呈显著负相关。研究结果反映了黄土丘陵沟壑区土地利用的地形地貌特征。生态建设项目的实施可在短时间使土地利用的空间分布发生较大变化。     

基于山-谷-水耦合界面的三峡水库地表覆被转换轨迹分析

利用三峡库区多时相LUCC遥感解译数据、水系和DEM数据,考虑淹没时间的连续性和地表覆被的自然特性,构建地表覆被分类体系,对比识别水库不同运行阶段地表覆被转换的宏观时空格局,旨在找出不同覆被转换轨迹的山-谷-水界面分布与地形梯度特征。结果表明:水库不同运行阶段,1库区地表覆被间发生了不同程度的多样化转换,但总体格局不变,均以透水性的季节性绿色覆被和常绿性绿色覆被为主,占整个库区的96%以上;2库区地表覆被间的转换方向和规模呈阶段性差异,但主要地表覆被转换方式在3个运行阶段基本一致,表现为季节性与常绿性绿色覆被间互转、灰色覆被吞噬季节性绿色覆被不断扩张、水位上升淹没绿色覆被和蓝色覆被,只是其空间分布与延展呈现较大阶段性差异;3库区局部山-谷-水界面地表覆被间的转换呈显著差异,前两阶段(1997—2003年和2003—2006年)以山-山界面地表覆被转换为主,后一阶段(2006—2009年)主要是山-谷界面地表覆被间的转换,且同类地表覆被在山-谷-水界面上的转换流向也发生阶段性变化;4库区主要地表覆被转换方式的分布符合自然和人类活动的规律,在海拔和坡度2个地形梯度上具有显著差异性,但坡向仅对淹没区转换有显著影响。研究结果可为库区土地利用规划与生态环境保护提供参考。     

山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征——以乌江北源为例

地形因子是丘陵山区土地利用空间分布格局的重要影响因素之一,对土地的利用方式和空间格局有着直接作用。以乌江北源2000年、2005年和2010年Landsat TM/ETM遥感影像为数据源,采用高程、坡度、地形位指数3个指标,分析了山地流域土地利用时空演变的地形梯度特征。结果表明:（1）2000—2010年,林地、建设用地和水域用地面积增加,耕地和草地面积减少。土地利用类型以林地和耕地为主,反映了山地流域土地利用结构特点;（2）研究区土地利用类型的地形梯度特征明显。耕地、建设用地、水域用地在低地形梯度上有明显分布优势。林地、未利用地分布优势在高地形梯度上;（3）耕地、建设用地优势分布主要受坡度梯度的影响,高程梯度决定了水域用地的分布,这与其他平原、丘陵地区有所不同。地形因素是山地流域土地利用结构演变的决定性因素,其他社会、经济、人文因素都对该区域土地利用格局的转变起到推动作用。在对山地流域土地开发利用过程中,应兼顾生态效益和社会经济效益,保障河流源区生态经济的持续发展。     

Coastal urbanization and the integrity of estuarine waterbird communities: Threshold responses and the importance of scale

Estuarine ecosystems are becoming increasingly altered by the concentration of human populations near the coastline, however a robust indicator of this change is lacking. We developed an index of waterbird community integrity (IWCI) and tested its sensitivity to anthropogenic activities within 28 watersheds and associated subestuaries of Chesapeake Bay, USA. The IWCI was used as a tool to gain insight into how human land use affects estuarine ecosystem integrity. Based on Akaike’s information criteria (AIC), a single variable model including percent developed land in estuarine watersheds was thirteen (2002) and twenty-six (2003) times more likely than models including percent agriculture and forest cover to fit the IWCI data. Consequently, we examined how suburban, urban, and total development shaped IWCI scores at three spatial scales: (1) watershed; (2) inverse-distance-weighted (IDW) watershed (land cover near the coastline weighted proportionally greater than that farther away); (3) local (land cover within 500 m of the coastline). Suburban, urban, and total development were all significant predictors of IWCI scores. Relationships were stronger at the IDW and local scales than at the whole watershed scale. Nonparametric changepoint analysis revealed a >80% probability of a threshold in IWCI scores when as little as 3.7% (2002) and 3.5% (2003) of the IDW land cover within the watershed was urban. Our results indicate that, of the landscape stressors we examined, development near estuarine coastlines is the primary stressor to estuarine waterbird community integrity, and that estuarine ecosystem integrity may be impaired by even extremely low levels of coastal urbanization.     

The Relationship Between Stream Chemistry and Watershed Land Cover Data in the Mid-Atlantic Region,U.S.

In order to investigate the relationship between stream chemistry and watershed land cover at the regional scale, we analyzed data from 368 wadeable streams sampled in the mid-Atlantic region of the U.S. during spring 1993-1994. Study sites were selected using a probability sample and the digitized version of the 1:100,000 scale USGS map stream network as the sample population. Both classified Thematic Mapper (TM) and USGS Land Use/Land Cover (LULC) data were used to quantify land cover in the study watersheds. On average, the most common land cover was forest (77%) followed by agriculture (20%), and urban (1%). Multiple regression analysis showed that concentrations of Cl-, nutrients, acid neutralization capacity, and base cations were the analytes most strongly related to watershed land cover. Despite large differences in resolution and age of the TM and LULC data sources, similar results were obtained with the two sources. Using a greater number of land cover subclasses did not greatly improve the land cover-chemistry relationships. Ecoregions with predominantly forested land cover had weaker relationships than ecoregions with more agricultural and/or urban land cover. In studies or databases without land cover information, Cl- concentration is a good surrogate indicator for general human disturbance in the watershed.