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.     

土地利用变化对产流和产沙的影响分析

LUCC(土地利用覆盖变化)对径流的影响研究主要集中在对年径流量的影响,选用基于ArcviewGIS的SWAT模型,利用情景模拟来分析土地利用变化对产流量和产沙量的影响,并重点探讨森林对产流的影响。以黄河下游支流洛河上游卢氏水文站以上流域为研究区域,选取了1992～2000年24个雨量站的雨量资料和同期的气象资料,采用土壤类型图(1∶4000000)以及设定的不同土地利用情景,作为模型的输入,进行土地利用变化的产流量和产沙量的情景模拟。模拟表明:森林的存在增加了径流量,减少了产沙量;草地也能减少产沙量;农业用地的增加将会增加产沙量;平水年土地利用变化对产流量影响最小,降雨量的增大能弱化下垫面对产流量的影响。     

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。     

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。     

三峡库区土地利用/覆被变化及其驱动力研究进展

土地利用/覆被变化(LUCC)研究是区域生态环境变化研究的基础,随着三峡工程的建成及投入使用,三峡库区土地利用/覆被和生态环境发生了较大变化。在以往研究的基础上,从土地利用/覆被变化特征、转变方向及其驱动力方面对三峡库区LUCC研究进行了总结和梳理,发现三峡库区LUCC的主要特征是建设用地和水域面积增加,主导方向是耕地、林地和草地相互转化及向建设用地转化,主要驱动力是三峡工程建设、人口增长、社会经济发展和国家宏观政策。已有研究对土地利用/覆被格局演变及其空间变异性认识不足,今后还需加强三峡水库成库不同阶段整个库区土地利用/覆被格局演变过程研究,移民安置区土地利用/覆被格局变化过程研究,以及库区未来土地利用/覆被格局与变化的模拟研究,以实现对库区土地利用/覆被未来发展趋势的预测和调控。     

四川凉山州孙水河流域近60年来径流趋势特征分析

基于流域出口孙水关水文站流量资料,采用统计分析、趋势分析和突变分析等方法,分析了孙水河流域近60年来的径流分布特征和变化趋势;定量研究了降水和人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)流域年均流量年际变化较小,整体上呈现明显但不显著的下降趋势,以每年0.1163m3/s的速率递减,其中流量于1997年发生了增加突变。(2)流域径流年内分布较为不均,主要集中在夏秋两季;四季流量变化中春冬两季下降趋势显著,分别以每年0.0288,0.0709m3/s的速率递减;而夏秋两季下降趋势较平缓。其中流量在1995年夏天发生了增加突变。(3)人类活动和降水变化是影响孙水河流域流量减少的主要原因,不同阶段二者对流量影响程度不同。其中1975年后流域流量减少主要由人类活动引起,影响率最高达89.16%。研究成果可为研究流域产流规律服务,并为西南山区防洪防旱、水资源利用开发等提供可靠依据。     

土地利用和气候变化对四川省紫色丘陵区径流泥沙变化的影响研究

嘉陵江紫色丘陵区的土壤侵蚀是造成该流域下游水土流失严重的主要根源.选取四川省紫色丘陵区的李子溪流域为研究区,根据反映“长治”工程实施前后的1986,1999和2001年影像数据,应用GIS技术解译得到了该流域3个时期的土地利用图,并利用SWAT模型对这3个时期的土地利用情形进行了产流产沙模拟.在1986年土地利用图的基础上,假设了7种不同土地利用情景以及9种不同气候组合,以评价土地利用变化和不同气候条件对李子溪流域径流泥沙的影响.研究结果表明:(1) 1989年实施“长治”工程后,林地面积持续增加,水田、旱地面积持续减少,且林地增加的面积主要来自于水田和旱地;(2)林地覆盖率增加,耕地减少的土地利用变化对流域产流产沙量的减小影响显著,说明了“长治”工程实施后,以退耕还林和植树造林为主的理措施具有水土保持作用,且在大于25°的坡耕地上实施退耕还林措施对减少地表径流,拦截泥沙效果更显著.     

黄土塬区降水变化对冬小麦叶片形态和生物量的影响

明确降水变化对冬小麦叶片形态和生物量的影响,有助于了解冬小麦在水分环境变化条件下形态和产量上的响应。试验采用人工遮雨棚和自流滴灌系统来实时人工干预降水,研究了黄土塬区三种降水条件:正常降水(CK)、降水减少1/3(R-1/3)和降水增加1/3(R+1/3)下冬小麦不同生育期的叶片形态、生物量及株高变化。结果表明:降水增加,叶长相对变化较大,叶面积增加;降水减少,叶宽相对变化较大,叶面积减少。但叶形系数((叶长×叶最大宽)/叶面积)不受降水变化的影响,仅和冬小麦的生育期有关。降水增加,冬小麦的叶片、生物量以及株高均保持稳定的生长优势;降水减少,冬小麦叶片、生物量以及株高的生长呈现"先促后抑"的现象。不同降水处理的冬小麦生物量和叶面积均呈明显的线性正相关,减少降水处理的冬小麦生物量对叶面积变化最敏感。总之,在黄土塬区冬小麦通过叶片形态、叶面积和生长速率的改变来影响光合产物积累和产量形成,以适应不同的水分环境。     

黄土丘陵区土地利用格局与生态系统服务价值分析——以中庄流域为例

土地利用、生态系统服务价值的研究对区域生态建设具有重要意义,以黄土高原半干旱黄土丘陵区中庄小流域2000年,2005年和2010年3个时期的土地利用类型为研究对象,利用“3S”技术和生态系统服务价值计算方法,对该流域土地利用类型和生态系统服务价值进行了研究,结果表明:2000-2005年土地利用类型发生了较大的变化,2005-2010年土地利用类型变化较小,10a间土地利用变化主要表现为两减两增(农田、水域的减少和草地、林地的增加).研究区域总体生态服务价值呈上升趋势,不同土地利用类型生态服务价值也体现为两减两增(农田、水域的减少和草地、林地的增加),土地利用面积与生态系统服务价值具有较强的相关性,退耕还林工程和国家“十五”、“十一五”项目的实施,增加了区域生态系统服务价值.     

无定河黄土区降水和产沙的相关性及其时空变异

通过泰森多边形加权变差系数法研究了黄河中游无定河流域黄土区降水和侵蚀产沙的空间变异规律,并用线性回归分析探究两者空间变异性的相关性。以黄河主要泥沙来源区之一的无定河流域为例,分析了该流域黄土区1959-2015年水土保持措施综合治理前后降水和侵蚀产沙的时空变异规律,所选用的降水特征为汛期降水(Pflood)和汛期降雨侵蚀力(Rflood),用产沙模数(SSY)表示该流域产沙量的多少。结果表明:(1)在水土流失治理前(1959-1970年),该地区降水特征与产沙模数在时间上的增减变化趋势一致,而且两者呈显著的幂函数相关关系(P<0.01),Pflood和Rflood对侵蚀产沙的影响一致;在大规模水土流失治理后(1971-2015年),由于该流域修建了大量淤地坝等水土保持措施,产沙量骤减,降水特征和产沙模数无显著相关关系。(2)在多年时间尺度上(1959-2015年),汛期降水的空间变异性为8%,汛期降雨侵蚀力的空间变异系数为15%,汛期降水的空间变异性小于汛期降雨侵蚀力;1959-1970年期间产沙模数的空间变异性小于1971-2015年期间。在1959-1970年期间,降水特征和产沙模数的空间变异性呈显著的二次多项式相关关系(P<0.01),而且汛期降雨侵蚀力与产沙模数的空间变异性的相关性更加显著(R^2=0.76,P<0.01);1971-2015年降水特征与产沙模数的空间变异性无显著相关关系。在人类活动以前流域产沙空间变异性的主要影响因素为汛期降雨侵蚀力的空间变异性,而在水土流失治理之后降水的空间变异性对流域产沙空间变异性的影响减小,此时流域产沙的空间变异主要受人类活动的影响。     

基于SWAT模型的径流与土壤侵蚀过程模拟

将可表征土地利用变化对水文响应影响的分布式水文模型SWAT应用于密云水库潮河子流域,对模型的敏感性进行了分析,并采用1986～1991年下会水文站数据对其径流量和泥沙负荷进行了率定和验证,模型评估结果表明该模型对径流的模拟效果非常好,对泥沙的模拟效果较好。通过计算34个子流域内的侵蚀模数,对流域内的土壤侵蚀强度进行了分级,并分析了不同土地利用方式对产沙的影响。结果表明,流域内的土壤侵蚀主要发生在农田,为保障密云水库的水质应对其采取有效的水土保持措施。     

黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其归因分析

[目的] 分析黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其原因,为该区域水土保持与水资源高效利用提供科学支撑。[方法] 选取渭河支流散渡河与无定河支流大理河为研究区,利用甘谷站和绥德站1965—2018年的气象水文资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线法分析散渡河和大理河的径流变化特征及其驱动因素,采用改进的RVA法分析梯田和淤地坝为主的水土保持措施对不同河流水文情势变化的影响。[结果] 两条河流的年径流量呈显著减少趋势（p<0.01）,并在20世纪90年代前后发生突变。采用改进的变异性范围（RVA）法计算散渡河和大理河的径流综合改变度分别属高度改变（90.12%）和中度改变（60.66%）,32个水文变化指标中,流量变化改变率指标受到的影响最为显著。[结论] 以梯田措施为主的散渡河月中值流量和年最小流量均大幅减小,年最小流量发生时间明显延迟且低流量脉冲历时增加。以坝库工程为主的大理河月中值流量受季节变化影响,年最小1 d和3 d流量增加且低流量脉冲次数减小。     

桃光合性能杂种优势的秋季日变化特征

以桃品种“吊枝白”和“霞晖5 号”及其杂交F1 代种苗为试验材料, 研究了桃在秋季的光合性能杂种优势日变化特征。结果表明: 净光合速率(Pn)午间表现正向杂种优势, 蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)全天基本表现负向杂种优势, 而水分利用效率(WUE)则全天基本表现正向杂种优势。相关性分析表明, 杂交F₁ 代种苗的Pn 与Tr、Pn 与Gs、Tr 与Gs 均呈正相关, 其中Pn 与Tr 之间相关性达显著水平(P<0.05); 亲本的Pn 与Tr之间呈显著正相关(P<0.05), Gs 与Pn、WUE 之间呈显著正相关(P<0.05)。灰色关联度分析表明, 影响Pn、Tr和WUE 杂种优势率的主要因素均为大气CO₂ 浓度(Ca)。     

渭河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以黄河最大的一级支流渭河为研究对象,根据渭河流域华县水文站1958--2011年径流资料,采用Mann—Kendall趋势检验、Pettitt非参数统计和双累积曲线法分析径流序列的变化趋势和突变点,同时采用水量平衡法定量分析气候变化和人类活动对径流量的影响。结果表明：1）华县水文站径流量呈显著下降趋势（标准正态统计变量〈-2．23）,年均递减系数为0．86mm／a;2）径流量自1994年呈显著性减少趋势,据此将径流序列划分为2个阶段,即基准期1958--1994年和变化期1995—2011年;3）变化期较基准期在枯水年、平水年和丰水年径流量分别下降64．6％、41．3％和45．5％,枯水年流量下降趋势最为明显;4）华县站以上控制区内降雨变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为49．0％和51．0％,气候变化对渭河径流量的影响主要是由降水量的减少引起的。     

The Influence of Sediment Sources and Hydrologic Events on the Nutrient and Metal Content of Fine-Grained Sediments (Attert River Basin, Luxembourg)

Nutrient (C, N and P) and metal (Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) content and dynamics of suspended and channel bed sediments were analysed within the rural Attert River basin (Luxembourg). This basin is representative of the main physiographic characteristics of the country, where there is currently little information available on the composition and dynamics of fluvial sediment. Stream bed fine-grained sediment samples (n?=?139) collected during low flow conditions and time-integrated suspended sediment samples (n?=?183) collected during storm runoff events (October 2005 to April 2008) in seven nested basins ranging from 0.45 to 247?km² were analysed. Nutrient and metal spatial patterns, temporal trends and the relationship between their content and storm runoff characteristics (e.g. maximum discharge and sediment concentration) were assessed. Results showed a high spatial and temporal variability, mainly associated with basin characteristics and local inputs. Higher values of total C were measured in the highly forested basins located in the northern part of the Attert River basin, whereas the highest values of total P were mainly associated with material coming from grassland and with the inflow of wastewater treatment plants (i.e. higher values of total P were measured in the southern part of the basin). The abundance of metals, not only in suspended but also in channel bed sediments, was generally as follows: Zn > Cr > Ni > Pb > Cu. Both nutrient and metal concentrations were at a maximum at the beginning of the wet season, after having been accumulated during the summer. These values tended to decrease during autumn and winter due to sediment mobilisation, and a higher flow capacity to transport coarser particle fractions from the sources. In general, concentrations of nutrients and metals on suspended sediment were negatively correlated with antecedent precipitation, total precipitation, total specific discharge and maximum discharge, which has been previously associated to a ??dilution?? effect during storm runoff events. Results show that both sediment sources and hydrologic events play an important role on the spatial and temporal variability of sediment-associated nutrient and metal contents.     

黄河三角洲地区典型地块地下水特征的空间变异性研究

以黄河三角洲地区典型地块为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了包括埋深和含盐量的地下水性质空间变异特征,绘制了各地下水特征的随机性和结构性的半方差图和空间分布图。结果表明:受不同尺度的结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深和含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性,地下水埋深的自相关距大于含盐量。对Kriging插值结果分析表明:地下水埋深的空间变异性受微地形因素及农田工程措施影响较大,长期的农业生产措施会影响地下水含盐量的空间分布,地下水含盐量空间变异性与埋深有一定的关联。地下水特征的空间结构性和定量化研究对黄河三角洲地区地下水资源评价、土壤的次生盐碱化防治及区域水盐运动调控有着直接的现实意义。     

Dynamic Modelling of Spatially Variable Catchment Hydrochemistry for Critical Loads Assessment

Concern about acidification in upland areas has brought about the need to model the stream hydrochemical response to deposition and land-use changes and calculate critical loads. Application of dynamic models such as MAGIC are preferable to steady-state methods, since they are able to produce an estimate of the time scale required to meet some water chemistry target given a reduction in acid deposition. These models typically consider annual changes in stream chemistry at one point. However, in order to protect biota from 'acid episodes', quantification of temporal variability needs to encompass event responses; in addition spatial variability across the catchment also needs to be considered. In this paper, modelling of both spatial and temporal variability is combined in a new framework which enables quantification of catchment hydrochemical variability in time and space. Both low and high flow hydro-chemical variability are quantified in terms of statistical distributions of ANC (Acid Neutralisation Capacity). These are then input as stochastic variables to an EMMA (End-Member Mixing Analysis) model which accounts for temporal variability and ANC is hence predicted as a function of time and space across the whole catchment using Monte-Carlo simulation. The method is linked to MAGIC to predict future scenarios and may be used by iteration to calculate critical loads. The model is applied to the headwaters of the River Severn at Plynlimon, Wales, to demonstrate its capabilities.     

Stage dependent variability in tractive force distribution through a riffle–pool sequence

High resolution data on spatial and temporal variability in flow hydraulics and sediment transport within riffle–pool sequences are required to improve understanding of how fluvial processes maintain these meso-scale bedforms. This paper addresses this issue by providing velocity and boundary shear stress data over a range of discharges from base flow (0.07 m³ s⁻¹) to just over bankfull (8.52 m³ s⁻¹), from a sequence of four pools and three riffles in the River Rede, Northumberland. The data supports the reversal hypothesis of Keller [Geol. Soc. Am. Bull. 87 (1971) 753.] as the primary explanation for the maintenance of the riffle–pool sequence, although they also indicate that spatial variability in tractive force is highly stage dependent and complex. Section-averaged velocity data indicate reversal to be evident at four out of six riffle–pool units. An equalisation in velocity was found for the other two riffle–pool units close to bankfull stage. The spatial patterns of tractive force exhibited in the study reach as a result of increased discharge demonstrate that riffle–pool units operate independently of one another. Shear stress reversals were observed in individual riffle–pool units at different river stages during a flood hydrograph, and in some instances, two occurred in the same riffle–pool unit during a single flow event. Pools were characterised by coarser bed sediments and narrower channel widths in comparison to riffles, increasing the likelihood of tractive force reversal in the River Rede. Areas of predicted bed sediment entrainment obtained from τ_o−τ_c, matched observed channel changes in the upper part of the study reach, but over-estimated change in the middle portion of the reach.     

长江三角洲地区土壤重金属含量及其分异特征

以地学统计、浓度-面积分形方法和富集系数等方法分析了该地区土壤重金属元素含量的变化特征。结果显示:表层和深层土壤的重金属均具有多重分形特征,表层土壤中重金属元素分异性强,在该地区表层重金属含量平均值远远大于全国土壤背景值(除了As);土壤Hg、Cd、Pb含量分布显示了受人为影响强烈,而Cu、Zn主要受原始背景和人为活动综合影响;Cr、Ni、As主要受自然背景影响。研究结果为长江三角洲地区土壤质量评价提供可靠的依据。     

基于GLEAM遥感模型的中国1980－2011年地表蒸散发时空变化

对中国地表蒸散发时空变化的分析,有助于了解气候变化对水循环的影响及对中国水资源的合理配置。该文基于GLEAM（global land-surface evaporation: the Amsterdam methodology）遥感蒸散发模型,通过对GLEAM产品在站点尺度和流域尺度的精度验证以及中国地表蒸散发时空变化特征的研究,得出以下结论：1）GLEAM产品在中国区域满足精度要求,在站点尺度上,GLEAM产品在草原半干旱区的模拟程度最好,海北、内蒙古、当雄3个草原站皮尔逊相关系数（pearson correlation coefficient,CC）均值为0.77（0.65～0.85）;森林站的CC相关系数均值为0.66（0.40～0.85）,禹城农田站CC值为0.68;在流域尺度上,海河（相对偏差（relative bias,RB）16.2%）、黄河（RB,15.2%）、西北诸河流域（RB,9.2%）的验证结果精度较好。在绿洲或农灌区降水较少的年份,GLEAM产品符合地表实际蒸散发可能大于降水的规律;2）1980－2011年中国的多年平均蒸散发为18～1 400 mm,空间分布呈从西北向东南方向递增,西北地区多年平均蒸散发最少,海南岛与台湾岛是多年平均蒸散发的极大值区;3）1980－2011年中国平均的年地表蒸散发变化范围为349.7～436.0 mm,多年平均年地表蒸散量为397.5 mm。近32 a中国区域平均地表蒸散发呈显著的上升趋势,上升速率为12.3 mm/(10 a);4）1980－2011年中国各栅格地表蒸散量变化速率为?86.5～108.7 mm/(10 a),地表蒸散发减少的面积占28.4%,9.45%的区域地表蒸散发呈明显减少、显著减少及急剧减少趋势,主要位于内蒙古东部、青藏高原西部（新疆西部及东北部、西藏西北部）、甘肃南部等地。地表蒸散发增加的面积占71.6%,18.2%的区域地表蒸散发呈显著增加、急剧增加的趋势,主要位于海河区的河北南部及山东西北部、淮河流域的山东半岛、黄河区的青海东部、长江中下游区的四川东部、山西南部、湖北、湖南、安徽、江西等地、东南诸河区、珠江区及云南南部等;5）各栅格年蒸散发的变化趋势主要由夏季蒸散发变化趋势主导,春季、秋季、冬季对年蒸散发变化趋势的影响较弱。该研究对理解中国气候变化与水资源之间的相互影响具有重要作用,可为中国水资源评价与管理提供参考及决策依据。