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。     

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.     

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。     

干旱区流域土地利用变化对基流的影响

基流是干旱区最重要的枯季水文特征之一,在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要意义。基于宁夏清水河流域上游1980年、1995年、2000年、2013年四期土地利用数据及原州水文站1984—2014年日径流资料,采用枯季径流分割法进行了基流分割,分析了流域基流、基流指数与景观格局指数之间的相关关系,研究了流域景观格局变化对基流的作用。结果表明:(1)30年中,草地是清水河上游的主导性景观类型。流域景观多样性随时间的推移逐渐增加,整体向好;(2)1984—2014年,清水河上游径流量呈显著减少趋势(p0.01),基流量呈极显著减少趋势(p0.001);(3)景观格局指数与基流量的关系较径流量密切,基流量与面积加权平均形状指数(SHAPEAM)、斑块结合度(COHESION)、最大斑块指数(LPI)、斑块丰富度密度(PRD)、周长—面积分维数(PAFRAC)这5个指标的相关性较高,其中与SHAPE_AM,COHESION,LPI呈显著正相关,与PRD,PAFRAC呈显著负相关。研究结果可为清水河上游流域生态建设提供科学依据。     

北京市红门川流域径流对防护林结构变化的响应

根据红门川流域原有1:1万土地利用图,结合流域1990,1995,2000和2005年共4期遥感影像,在GIS支持下,得到4期土地利用图,采用ArcView景观分析软件.得到防护林的空间格局变化情况.同时利用红门川流域1990-2006年逐日径流量的资料,研究了防护林空间格局变化与径流量的响应关系.结果表明,红门川流域防护林总面积和各森林类型面积方面均没有明显变化,防护林主要以乔木林为主,占防护林总面积的80%以上.在年降水量没有明显变化的基础上,红门川流域的径流量由1990年的3.00×107 m3减少到2005年后的1.00×107 m3以下,主要是防护林发挥了削洪减洪的功能.但是从研究结果来看,还不能准确得到防护林结构变化对径流产生重要影响的结论.     

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。     

空间粒度变化及土地利用分类对景观指数的影响——以山西省闻喜县为例

以山西省闻喜县为例,利用该县1:10000土地利用现状图作为数据源,应用GIS技术以及景观格局软件Fragstats,研究了土地利用类型数不同时景观格局指数的空间粒度效应和不同粒度下土地利用类型数对景观指数的影响。结果表明:随粒度增加,斑块密度、景观形状指数、景观聚集度呈逐渐下降趋势,且下降幅度逐渐减小,周长面积比分维数总体呈上升趋势,最大斑块指数和Shannon多样性指数无明显变化。随土地利用类型数目的增多,斑块密度、景观形状指数、Shannon多样性指数呈阶梯式上升趋势,最大斑块指数呈阶梯式下降趋势,周长面积比分维数无明显变化,景观聚集度的变化曲线比较复杂。     

山区小流域景观格局变化及其水土流失效应

景观格局变化及其生态效应分析是景观生态学研究的热点之一.以锦云川小流域1996～2004年土地利用分布图为基础,通过选取和计算景观格局指数分析了该流域8年来的景观格局变化及其生态效应.结果表明:疏林地、未利用土地面积减少外,有林地等斑块面积都有所增加,8年来流域内的斑块总数量明显增加,其中水浇地和建设用地等数量明显增加,有林地等斑块数量明显减少,破碎度指数降低;小流域景观多样性有所增加,表明景观的异质性程度提高,土地利用向着多样化均匀化方向发展,水土流失得到有效控制,生态环境有所改善.     

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。     

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。     

玛纳斯河流域景观格局演变特征与驱动机制分析

干旱区景观格局演变特征与驱动机制分析对区域水土资源可持续利用具有重要意义,选择了西北干旱区水土开发的典型区域玛纳斯河流域,基于GIS/RS技术对研究区的1990,2000,2005,2010年TM影像数据进行土地利用分类处理,运用景观生态学的原理分别从类型水平和景观水平上计算出8个景观指数,探讨景观格局变化以及其驱动力。结果表明:（1）研究区草地和未利用土地的优势逐渐减小,耕地的优势逐渐上升,景观多样性升高,优势度下降,趋于分离、破碎化方向发展。（2）人类活动使草地和未利用土地转为耕地,类型转化逐渐由双向转化逐渐趋向于单向转化,草地面积的变化和聚集度指数成线性关系,草地面积每减少1%,聚集度作出减少0.66的响应。（3）降水与气温都有明显的增长,前十年的永久冰川雪地的最大斑块指数和聚集度下降的幅度,均大于后十年,响应了M-K趋势分析“降雨、气温和径流的突变点都集中在1995年左右”。最后提出需要合理规划流域土地利用模式和水资源配置方案,不能挤占生态用水,要实现水土资源的合理开发。     

黄土丘陵小流域景观空间格局动态分析——以固原市上黄试区为例

 为黄土高原土地资源合理利用及区域可持续发展提供参考,以上黄试区为例,在地理信息系统支持下获得计算景观多样性的有关参数,选取斑块大小及数量、分维数、斑块伸长指数、多样性、优势度、均匀度和破碎度等指标,对黄土丘陵小流域10年来景观多样性动态变化进行分析。结果显示:1995—2004年,该试区总斑块数增加了6个,斑块变化明显的主要表现为:坡耕地及天然草地斑块分别减少19个和12个,人工草地斑块及梯田分别增加15个和9个;平均斑块面积及平均斑块周长分别下降了0.14hm2和185.36m2;梯田、天然草地、疏林地、园地及居民点用地分维数,都有不同程度的下降,而坡耕地、人工草地、灌木林地及未利用地景观的分维数有所上升,水浇地、川台地、乔木林地、水域景观分维数保持不变;上黄试区景观异质性特征表现为:均匀度指数下降5.86,景观破碎度指数上升0.002,人为干扰度增加1.95,景观类型多样性指数下降0.25,优势度指数上升0.25。目前,试区从耕地及草地为主的景观生态系统,转变为以林地和草地景观为主的高度异质化的景观生态系统,人类活动的干预,是驱动该试区景观空间格局变化的主要驱动因素。     

应用生态计量方法分析森林集水区之景观变迁

应用遥测、景观生态及计量方法,了解受自然及人为干扰后陈有兰溪集水区土地利用变迁趋势,及陈有兰溪集水区受自然及人为干扰后其土地利用变迁形态,以提供陈有兰集水区森林地之土地利用规划、管理及水土保育参考。结果显示景观生态指标可有效地表现出土地利用与覆盖之变迁情形,林地为该区域之基质,在各项干扰后有恢复的现象,草生地为残存嵌块体,在大小、形状和空间结构上皆有较大的变化,而农耕地面积有逐渐减少,且嵌块体变化有先破碎后聚成的现象。且崩塌地受干扰的情形较为严重,尤其是台湾“9.21”地震及桃芝台风,“9.21”地震使崩塌地细碎的增加,而2001年桃芝台风则是顺着台湾“9.21”地震所造成的崩塌地持续扩大,并拟进一步结合社会经济人文与自然干扰因子来评估森林景观之健康度。     

基于SWAT模型的流域土地利用格局变化对面源污染的影响

近年来随着流域经济社会的快速发展,密云水库流域的土地利用格局也发生了明显的改变,作为影响流域非点源污染输出的主要因素,探讨土地利用格局的演变对非点源污染的影响对有效控制非点源污染具有重要的意义。该文以密云水库上游流域为研究区,从土地利用变化与污染过程相互作用的角度出发,开展流域非点源污染过程对土地利用变化的响应研究。基于流域1995年、2000年、2005年3期的土地利用数据,基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,模拟评价流域非点源污染负荷分布特征,并应用景观格局指数、典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)和通径分析等方法,从全流域和三级保护区等多空间尺度,量化分析流域土地利用及其格局时空变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明流域的非点源负荷与土地利用格局间存在着密切的联系。格局指数能累积解释流域非点源污染负荷变化的56.3%。污染负荷受土地利用格局的破碎度和形状的影响较大。通径分析的结果表明,耕地、林地面积比例、形状指数和斑块密度是影响研究区非点源污染负荷输出的主要因子,其中形状指数和耕地面积比例对TN、TP负荷的解释能力要明显高于其他指标。从空间尺度上看,各格局因子与非点源污染负荷的关系具有尺度效应,随着空间尺度的递增,格局对负荷的解释程度降低,在较小的尺度范围内,尤其是一级保护区的解释能力最高,达到62.9%,表明离水库越近的区域应是非点源防治高度重视的区域。     

五陵原景观空间格局动态分析

基于地理信息系统支持计算景观多样性的有关参数,选取斑块大小及数量、分维数、斑块伸长指数、多样性、优势度、均匀度和破碎度等指标,对五陵原地区近17多年来景观多样性动态变化进行分析。结果显示:1988-2005年,研究区总斑块数减少了67个,斑块增加明显的主要是耕地及林地斑块,分别增加90个和27个;斑块数减少明显的是水体、果园和建设用地,分别减少了11个、121个和51个。平均斑块面积及平均斑块周长,分别增加4.036hm²和966.69m;耕地、林地、水体及未利用土地分维数,都有不同程度的下降,而果园和建设用地景观的分维数有所上升。五陵原地区景观异质性特征表现为:均匀度指数上升了0.13,景观破碎度指数上升了0.001,景观类型多样性指数上升了0.27,优势度指数下降了0.27。研究期间该区景观空间格局从以耕地及建筑为主的景观生态系统,转变为以耕地、果园和建筑景观为主的高度异质化的景观生态系统,人类活动是其景观空间格局变化的主要驱动因素。     

聚落景观粒度空间转换响应及机理分析

聚落景观作为人类生产生活的聚集场所,体现人类空间活动强度,揭示人类活动与景观形成与演化的机制。借助ArcGIS平台和Fragstats软件,设定空间粒度30,100,250,500,1 000 m,以RMA（面积最大值法）和RCC（中心属性值法）为原则进行转换,研究聚落景观分布格局空间粒度转换以及机理。结果显示:（1）RMA法生成数据各景观类型的面积相对误差较大,特别是当粒度为1 000 m时交通用地消失,RCC法在空间粒度转换中的面积相对误差较小,并且是随机的。（2）斑块面积结构和空间邻接的景观类型决定空间粒度转换中的聚落景观格局。（3）聚落景观方面,斑块数量、斑块密度以及聚集度指数下降,面积加权平均斑块分维数上升,最大斑块指数先上升后下降,表现出随着粒度增加,小斑块逐渐被聚落景观较大斑块融入,斑块破碎化降低、斑块面积扩大并趋于成片成团等特征,使得聚落景观的斑块连片程度以及优势度提升。（4）聚落景观格局变化表明RMA法突出整体分布规律,RCC法突出聚落景观的空间分布特性。     

科尔沁沙地景观空间格局及其生态环境效应分析

基于2000年的土地利用图形数据，选用生态意义较明确的景观特征指数，从区域和旗县2个尺度定量分析了科尔沁沙地的景观空间格局，并揭示了景观格局对区域生态环境的影响。结果表明：（1）草地景观是科尔沁沙地面积最大、分布最广、连续性最强的基质景观，其面积比例为47．6％，斑块个数比例为29．8％，平均斑块面积高达3．25km^2／个，斑块分离度仅为0．40；耕地和林地景观的面积比例也较大，分别为26．3％和10．2％，流动沙地和盐碱地的面积比例较小，分别为5．8％和3．1％。（2）位于西辽河下游干流或支流沿岸冲积平原上的旗、县，其区域景观格局基本呈现出耕地与草地、流动沙地景观类型镶嵌分布的特征。（3）相关分析发现，研究区景观斑块类型的平均斑块面积大小与生态环境指数间呈显著正相关，而景观破碎化指数与生态环境指数间呈显著负相关。     

黄龙山区不同类型小流域的产流过程及其特征

 在黄龙山区选择自然条件基本相似的森林小流域、森林采伐小流域和荒坡草灌小流域,利用量水堰,于1999—2003年对流域的产流及其过程进行了系统的研究。结果表明:不同类型小流域径流的年际和年内变化不同。森林小流域全年产流,产流量主要与降水量有关;荒坡草灌小流域则仅在暴雨季节产流,产流量主要与雨强有关。除发生特大暴雨年份外,森林小流域的产流量均超过荒坡草灌小流域,5年内平均前者比后者多3倍。不同类型小流域对降水的调节作用不同,5年平均森林小流域比荒坡草灌小流域减少洪水径流94.9%,达5.2mm,增加枯水期径流0.5mm,占年径流量的8.7%,从而使流域径流保持相对均匀和稳定。采伐森林可以改变小流域的径流分布,常年径流被暴雨径流所代替,但其量比荒坡草灌小流域少。不同类型小流域产流过程不同,森林小流域产流过程平缓,洪水起伏程度小;而荒坡草灌小流域产流曲线陡峭,洪峰形成迅速,回落也较快。