阿克苏河流域灌区土地利用变化对蒸散耗水的影响

土地利用变化导致蒸散耗水过程和流域水资源供需关系发生变化。【目的】合理估算灌区蒸散耗水量。【方法】以新疆阿克苏河流域灌区为研究对象,结合对土地利用/覆被变化的遥感解译,分析了2000—2014年阿克苏河流域灌区土地利用/覆被变化及其对灌区蒸散耗水量的影响。【结果】(1)2000—2014年,阿克苏河流域灌区土地利用/覆被发生了明显变化,突出表现为耕地面积的显著增加。灌区耕地面积以159.8 km2/a的速度增加,其中,阿克苏河、库河、塔河、托河温宿及托河乌什灌区分别以37.3、37.2、66.1、4.9、20.0 km2/a的速度增加;(2)伴随绿洲耕地面积的扩张,灌区的蒸散发量表现出明显增加趋势。在2000—2014年,阿克苏河流域灌区蒸散耗水量以0.3×108m3/a的速率增加,年内表现为夏季增加最明显;(3)灌区耕地面积的变化直接影响地表蒸散过程。阿克苏河流域灌区的耕地多年平均蒸散发量约为244.3 mm/a,大于天然草地的多年平均蒸散发量150.1 mm/a。【结论】在全球变暖背景下,快速升温和灌区垦植面积的不断扩大,使灌溉引水、蒸散耗水和人类活动用水不断增加,是导致灌区蒸散耗水增加的主要原因。     

新疆渭干-库车河流域土地利用变化空间耦合及其生态效应

土地利用/覆盖变化已成为全球生态环境变化研究不可缺少的部分。由于全球变暖以及人类活动对水土资源利用强度加大,1990年以来,位于新疆干旱区的渭干-库车河流域水资源和生态问题突出,生态环境与经济发展之间的用水矛盾不断加深。【目的】土地利用/覆盖变化被认为是全球环境变化的主要原因之一,随着社会的快速发展,耕地的扩张,水资源的匮乏导致渭干-库车河的生态环境愈发脆弱,严重威胁到流域的生态安全。兹以渭干-库车河流域为研究区,探讨渭干-库车河流域土地利用变化条件下的绿洲生态效应。【方法】采用土地利用动态度、土地利用结构信息熵和均衡度方法,结合生态系统服务价值基于1990—2014年TM遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了渭干-库车河流域土地利用变化及其生态效应。【结果】1990—2014年,渭干-库车河流域土地利用变化显著,耕地变化十分明显,增长率为53.10%,草地面积以255.70 km~2/a的速度减少,减少了近23.44%。新增耕地主要源于草地和未利用地,这一现象在渭干河中游和库车河下游区域最为明显。信息熵和均衡度均有所上升,伴随着人口数量的增加,土地利用程度不断提高,绿洲的扩张致使研究区生态服务价值25 a内下降19.78%。绿洲系统不稳定性也有所升高,对渭干-库车河流域的生态安全造成威胁。【结论】在全球变暖背景下,随着耕地面积的扩张,生态服务价值不断下降,导致渭干-库车河流域生态逐渐恶化,加剧草地退化,甚至引发沙漠化问题,严重危及绿洲系统安全与稳定,对渭干-库车河流域的生态安全和可持续发展造成了极大威胁。     

1987—2017年民勤绿洲面积时空演变规律及驱动因素解析

【目的】确定影响民勤绿洲面积演变的主要驱动因素。【方法】基于GIS和RS技术,采用面积变化、土地利用转移矩阵等方法,定量分析了民勤绿洲面积1987—2017年的时空变化特征。【结果】①1987—2017年,民勤绿洲面积呈"平稳增加-相对稳定-急剧增加-急剧减少-迅速增加"的态势,除2012年面积明显退缩外,绿洲规模基本一直处于扩张状态,2007年绿洲面积最大,为1 359.51 km2。②1987—1992年、1992—1999年、1999—2002年、2002—2007年、2007—2012年、2012—2017年6个时段内土地利用类型发生变化的面积分别为500.99、510.66、625.70、611.67、672.38和514.66 km2,主要是耕地、荒漠和草地之间的转化。③水资源开发利用的程度对于绿洲的演变起到决定性因素,其次,人口数量的变化会影响人工绿洲(耕地和居工地)的演变。【结论】1987—2017年期间民勤绿洲基本呈现逐步扩张的态势,人口的增长有利于人工绿洲面积的扩大,但水资源开发利用的程度仍是影响绿洲整体演变的主要因素。     

塔里木河流域产水量时空分布及驱动因素分析

【目的】研究区域产水量时空变化及其驱动因素,为区域水资源的调配与管理提供理论支撑。【方法】利用In VEST模型模拟了2000―2015年和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量的时空分布并对驱动因素进行了分析。【结果】空间上,各流域多年平均产水量均集中分布在流域上游地区,平均产水量多在30 mm以上。2000―2015年和田河流域和开都-孔雀河流域产水量以下降趋势为主,而叶尔羌河流域则相反。降水对流域产水功能起着关键作用,和田河流域、开都-孔雀河流域和叶尔羌河流域产水量与降水呈显著相关性的面积占比较大,分别为73.99%、88.49%和71.11%。气温和降水是影响各流域产水量空间分布的主导因素,其q值都在0.4380以上;各流域两两因子之间的交互作用都存在着非线性增强;和田河流域人口密度与GDP、开都-孔雀河流域相对湿度与太阳辐射和风速、叶尔羌河流域GDP、人口密度与相对湿度之间差异显著。【结论】西北干旱区内陆河典型流域产水量主要受气温和降水的影响。     

新疆迪那河流域轮台人工绿洲耕地时空变化特征分析

对新疆迪那河流域轮台人工绿洲耕地进行动态监测,量化和描述26年来绿洲耕地的时空变化规律。在RS与GIS支持下,通过解译1992年8月、1998年8月、2007年9月和2018年8月4期卫星遥感影像和野外调查获取的无人机影像数据,提取迪那河流域轮台人工绿洲耕地信息,采用数理统计、动态度、转移矩阵和重心模型分析绿洲耕地26年内时空变化特征。结果表明:26年来,迪那河流域轮台人工绿洲耕地面积从1992年的8 381 hm~2增长到2018年的46 284 hm~2,耕地面积在人工绿洲总面积中所占的比例从1992年的40. 18%增长到2018年的71. 28%,耕地面积在迪那河流域总面积中所占比例从1992年的1. 61%增长到2018年的8. 91%。迪那河流域轮台人工绿洲耕地面积呈现"缓慢增加—急剧增加—缓慢增加"的变化过程。1992—1998年,绿洲耕地增加主要由政府推动的开垦政策驱动,耕地面积年均增长速率2. 28%; 1998—2007年,绿洲耕地增加受开垦政策和棉花产业发展状况两种因素共同影响,耕地面积急剧增加,年均增长速度达16. 85%; 2007—2018年,绿洲耕地增加主要受棉花产业发展状况影响,耕地面积年均增长速率为8. 46%。迪那河流域轮台人工绿洲耕地动态变化主要表现在:耕地开垦扩张面积(41 545 hm~2)远大于耕地转出面积(3 441 hm~2),绿洲外围土地的开发是轮台人工绿洲耕地扩张的最主要途径,耕地转为果园是轮台人工绿洲耕地减少的最主要途径。迪那河流域轮台人工绿洲耕地呈现向沙漠区扩张明显、向戈壁区扩张较弱的趋势。     

近期气候变化对东江流域水资源的影响研究

利用东江流域主要气象及水文站点1956-2000年气温、降雨及天然径流量时间序列,采用Mann-Kendall秩次相关法检验了流域各季节及年均气温、降雨等气候要素及天然径流量的变化趋势,分析了流域气候变化特征.并利用相关分析法分析了流域气温和降水与径流的相关性,对未来50年该流域径流量的变化趋势进行了预测.结果表明:流域年均气温总体呈显著增加趋势,而年均降雨量和径流总量变化趋势不显著;全流域降雨与径流为正相关,相关系数为0.928,气温与径流为负相关,相关系数为-0.017,说明降雨与径流的关系更为密切,其在流域径流量的变化中起着主要作用.此外,剧烈的人类活动也使得这些相关性更为复杂.     

基于植被蒸散发法的孔雀河流域天然植被生态需水估算

【目的】定量天然植被生态需水,为流域有限水资源的合理分配和使用供科学依据和决策参考。【方法】采用FAO56Penman-Monteith公式,结合干旱强度指数DSI,分析新疆孔雀河流域2000-2016年天然植被生态需水时空变化特征,幵计算了丌同干、湿状况下天然植被的生态需水。【结果】①研究区内天然植被生长季多年平均生态需水量为7.575 7×10^8 m^3,天然草地需水量大于天然林地需水量。②从时间上看,2000-2016年天然植被生长季生态需水总量以2006年为分界点整体上呈现出上升-下降波动趋势;在生长季内变化特征上,天然植被的生态需水主要集中在6-8月,占植被主要生长季全部需水量的69.64%;从空间上看,天然植被生态需水主要集中在绿洲区的农区外围及河流中、上游两侧。③丌同干、湿状况下,天然林、草地单位面积生态需水量均表现为:正常年>湿润年>轻度干旱年>极度干旱年,天然植被生态需水总量呈现:极度干旱年>正常年>轻度干旱年>湿润年。【结论】丌同干湿条件下天然植被生态需水存在差异,气候因子和天然植被面积的变化是导致生态需水差异的主要因素。     

生态输水前后塔里木河干流生态系统服务价值的变化过程

分析塔里木河干流生态输水前生态系统退化过程中生态服务价值的变化,以及输水后生态恢复过程中生态服务价值的变化。基于RS/GIS技术,利用1990、2000、2010年3期Landsat TM/ETM遥感影像,分别提取土地利用/覆被类型信息,同时结合谢高地、Costanza等计算生态服务价值的方法。结果表明:塔里木河干流土地利用类型的生态系统服务价值从1990年到2000年减少了11.43亿元,减少了8.5%,以每年1.14亿元的速度下降,主要是由于天然林地、灌草地、湿地和内陆水体面积大幅减少,导致该区的自然资本的价值不断损失;在塔里木河生态输水期间(2000-2010年),生态系统服务价值增加了12.57亿元,增加了10.21%,以每年1.26亿元的速度增加,主要是由于自2000年开始的生态输水工程引起内陆水体面积的增加所至。结论:生态输水前,塔河干流生态服务价值呈总体下降趋势;生态输水过程中,生态服务价值呈上升趋势。     

皇甫川流域水沙变化趋势及影响因素分析

为研究皇甫川流域水沙变化趋势,采用线性趋势法得皇甫川流域1954-2016年径流量和年输沙量均呈显著减少趋势;利用累积距平法检测出皇甫川流域水沙系列在1954-1979年为丰水期,1980-1996年为平水期及1997-2016年为枯水期。皇甫川流域内土地利用类型、植被覆盖度、淤地坝等水保措施在20世纪80年代大规模的水土保持治理工程实施后发生了明显变化,流域森林、草地面积大幅增加;流域的NDVI指数在2000-2016年间的增长速率是1981-1999年的2.5倍;淤地坝的修建、引水量的增加均致使流域产水产沙量显著减小。由于1954-2016年间降水量减少趋势不明显,皇甫川流域人类活动采取的水土保持治理措施是导致水沙量减少的主要因素。     

北京怀柔水库流域土地利用变化及其驱动力研究

使用1990~2005年3期遥感影像数据作为信息源,通过GIS手段,分析怀柔水库流域近15年土地利用变化特征,利用主成分分析法,综合社会经济统计数据,定量分析怀柔水库流域土地利用变化的驱动力。分析表明:流域内阔叶林、针叶林、混交林的面积所占比例呈上升趋势,灌木林面积下降趋势明显,农田面积总体变化不大;土地利用变化和经济发展程度密切相关,与人口因素关联度不高。     

近57年舞水河流域极端温度变化特征分析

基于舞水河流域内部及周边三个国家气象站1958-2014年的逐日最高和最低温度资料,采用统计方法对舞水河流域极端温度变化特征进行分析。结果表明近57年来舞水河流域:(1)年平均最高、最低温度均表现出上升趋势,变化速率分别为0.08℃/10 a和0.19℃/10 a;(2)春季平均最高气温的上升幅度最显著,为0.16℃/10 a,秋冬季平均最低气温的上升趋势最显著,为0.23℃/10 a;(3)年平均最高、最低气温于1990s末进入持续正距平期;(4)霜日、冷夜日数呈显著减少趋势,暖夜日数呈显著增加趋势,三个极端温度指数显著减少和增加都始于1980s中期。     

近40年江苏省湖泊形态特征动态变化研究

在分析了江苏省湖泊形态存在问题的基础上,利用湖泊岸线发育系数、分形维数为指标,选择江苏省具有代表性的13个湖泊,分析其1971年到2010年近40年的形态变化特征。研究结果表明,①目前江苏省湖泊形态存在"湖泊面积快速缩减"、"湖泊严重淤积"、"岸线日趋模糊"、"湖泊岸线严重水泥固定化"等突出问题。②江苏省13个典型湖泊近40年中,前30年总面积和周长年均下降分别为44.785km2/a、15.16km/a;后10年年均下降分别为25.315km2/a、31.50km/a;面积的下降速度后10年有所减缓,但周长的下降速度反而急剧增加。③近40年江苏省湖泊岸线发育系数总体上呈下降趋势,湖泊岸线形态日趋简单。④1971、2000和2010年13个湖泊岸线周长对数与湖泊面积对数存在着显著的线性回归的关系。⑤2000年的分形维数值(D=1.262)较1971年的分形维数值(D=1.230 4)大。江苏省湖泊形态近40年变化剧烈,近10年有所好转,但不容乐观。     

南盘江流域冰糖橙需水量与灌溉需水指数时空变化特征

基于1961-2020年南盘江流域21个气象站逐日气象数据，采用Penman-Monteith公式和单作物系数法，并结合线性趋势和Mann-Kendall法计算分析了近60 a(1961-2020年)南盘江流域冰糖橙不同生育期需水量ET_c、有效降雨量P_e、灌溉需水指数IRI的时空分布特征。结果表明：1961-2020年南盘江流域冰糖橙全生育期ET_c、P_e、IRI分别介于902.22～1 042.70 mm、289.62～477.68 mm、0.48～0.71之间。ET_c和IRI呈上升趋势，增幅分别为2.171 mm/10 a和0.9%/10 a,P_e呈显著的下降趋势，减幅为8.538 mm/10 a。ET_c和IRI上升趋势主要集中在南盘江流域西南部和中南部区域，P_e下降趋势主要集中在流域中东部区域。南盘江流域冰糖橙ET_c呈果实膨大期>果实着色期>花期>成熟采摘期>休眠...     

澄碧河水库流域降雨变化分析

为了研究气候变化条件下,澄碧河水库流域降雨变化特征,以流域内8个雨量站点1966-2015年共50 a的降雨资料,运用线性趋势法、滑动平均法、距平百分比、变异分析法和Arcgis空间插值法等对澄碧河水库流域降雨变化趋势和变异性进行分析,结果表明:过去50 a,澄碧河水库流域降雨呈减少趋势,变化幅度为-3.53 mm/a,空间分布上,降雨自西北向东南递减,其倾向率则大致与降雨空间分布呈互逆变化趋势;流域降雨在年系列内发生弱变异~巨变异不同程度的变异,与降雨倾向率有相似空间分布趋势,东南地区最为显著,年代间变异强度中心大致呈集中于库区(20世纪60年代、80年代和21世纪)-分散于库区(20世纪70年代和90年代)往复变化趋势;结合流域气温和蒸发资料分析,统计时段内流域气温呈增加趋势(气温倾向率为0.013 6℃/a),蒸发则与降雨有相同减少趋势(蒸发倾向率为-2.42 mm/a),可见,流域呈现暖干趋势。     

天山西部山区土地利用变化预测

为更好地研究土地利用动态变化,利用1990年、2000年和2010年三期土地利用数据,运用马尔科夫模型分析了1990-2000年和2000-2010年的天山西部山区土地利用变化格局,基于2000年的土地利用数据和1990-2000年的转换规则,利用CA-Markov模型预测研究区2010年的土地利用情况,将2010年实际土地利用情况和模拟的情况进行对比,得出Kappa指数的值是0.956 6,模型符合预测精度;故基于2010年的土地利用数据和2000-2010年的转换规则,利用CA-Markov模型预测出研究区2020年的土地利用情况。得出如下结论:1经过对比2010年土地利用实际值与模拟值后发现CA-Markov模型在预测方面精度较高且在研究区具有一定的适用性;22010-2020年间,随着城市化的发展、水利工程的建设及退耕还草,使得草地和水域的利用面积有所增加,而耕地、林地、未利用土地和城市、工矿、居民用地的面积有所减少,草地依然是土地利用的主要构成。     

汾河上游土地利用变化对径流的影响分析研究

以汾河上游(兰村以上)为研究区,探究土地利用变化对汾河流域径流的影响。利用1956-2011年的水文气象资料,结合研究区3期遥感影像(1978、1998和2010年),分析了汾河上游多年径流变化趋势以及下垫面变化特征。结果表明,汾河上游径流量呈现下降趋势,1956-2011年兰村站的年平均径流量减少量为0.019亿m3,多年平均径流量没有发生突变。汾河上游土地利用类型变化明显,林草地面积呈增加趋势,农用地与水域面积呈减少趋势。以上研究结果表明,合理规划土地利用,对流域安全具有重要意义。     

基于SWAT模型的开都河上游未来土地利用变化对径流的影响北大核心CSCD

【目的】揭示土地利用变化下的流域径流变化。【方法】以开都河上游区域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT,采用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)预测法、当地土地利用规划要求和极端土地利用情景法共设置了4种2025年土地利用情景,包括自然发展情景、规划发展情景、极端草地情景、极端林地情景。【结果】①构建的SWAT模型在率定期(R2=0.74,NSE=0.73)与验证期(R2=0.58,NSE=0.57)的模拟结果可以接受。②采用CA-Markov模型模拟的2010年土地利用类型图Kappa系数为0.83,可用于预测2025年土地利用类型。1980-2010年土地利用类型变化主要表现为草地转换为水体和未利用地,其转换面积分别为106.09 km2和0.5 km2。③相较于基准年2010年,各土地利用情景下的年均径流量均减少,自然发展情景减少最快,极端草地情景减少最慢;从丰水期与枯水期来看,2种时期下各情景月均径流变化完全相反;从其季节分配来看,各土地利用类型在夏季对径流变化影响最大,冬季影响较小。【结论】该地区草地是影响径流最主要的调控因子,原有草地的减少会引起夏季径流较大幅度减少,对于未利用地,可考虑开发为草地。     

塔里木河干流流域气候变化特征及其突变分析

以塔里木河干流流域为研究区域,选取流域内10个气象站点1961—2013年逐日地面气象资料,采用Penman-Monteith模型、气候倾向率、Mann-Kendall突变检验方法,分时段分析了塔里木河干流流域气候变化特征及其突变。结果表明,1塔里木河干流流域年平均气温为"突变点前增幅(0.09℃/10 a,p0.05)低于突变点后增幅(0.13℃/10 a,p0.05)",年干燥度为"突变点前减幅(4.05/10 a,p0.05)高于突变点后减幅(0.54/10 a,p0.01)",呈"冷干—暖湿—冷干"的变化趋势,1990年和1976年分别是年平均气温和干燥度的突变点。2塔里木河干流流域平均气温为"夏季春季秋季冬季"的时间分布,干燥度为"冬季秋季春季夏季"的时间分布,春季平均气温和干燥度均为"突变点前增幅(0.09℃/10 a,11.42/10 a)低于突变后增幅(0.52℃/10 a,14.01/10 a)",呈"冷干-暖湿-暖干"的变化趋势;夏、冬季为"突变点前变幅(0.02℃/10 a,-1.93/10 a;-0.25℃/10 a,-84.48/10 a)高于突变点后变幅(-0.01℃/10 a,-0.05/10 a;-0.12℃/10 a,22.14/10 a)",呈"冷干—暖湿—冷干"的变化趋势;秋季为"突变点前变幅(0.02℃/10 a,-56.76/10 a)低于(高于)突变点后变幅(0.05℃/10 a,-16.34/10 a)",呈"冷干—暖湿—冷湿"的变化趋势,2003年、1999年、1993年、1978年和1983年、1969年、1963年、1980年分别是四季平均气温和干燥度的突变点。3塔里木河干流流域年、季干燥度均在16以上。2000年后,年、夏、冬季冷干化明显,春季暖干化明显,秋季冷湿化明显,且秋、冬季平均气温减幅最大(0.53℃/10 a,p0.01;0.9℃/10 a,p0.01)。     

淮河流域土地利用时空格局动态及其植被覆盖变化分析

淮河流域是我国七大流域之一,其土地利用变化对国土资源优化布局和生态环境保护具有显著作用。以2000年、2005年及2013年3期土地利用数据为基础,分析了淮河流域土地利用动态变化特征并利用植被指数、植被覆盖度变化对研究区土地利用的合理性进行评价。结果表明:该流域土地利用类型在数量、结构上都存在明显的分异特征。2000-2013年综合土地利用动态度为0.36%,表明这期间每年每100 km2土地中有0.36 km2的利用方式发生了改变。土地利用类型间的多维向转化是引起土地利用时空分布变化的直接表现形式。2000-2013年期间植被指数(NDVI)的变化趋势表明近13年来淮河流域土地利用变化呈良好发展态势。     

基于SWAT模型的开都河上游未来土地利用变化对径流的影响

【目的】揭示土地利用变化下的流域径流变化。【方法】以开都河上游区域为研究对象,利用分布式水文模型SWAT,采用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)预测法、当地土地利用规划要求和极端土地利用情景法共设置了4种2025年土地利用情景,包括自然发展情景、规划发展情景、极端草地情景、极端林地情景。【结果】①构建的SWAT模型在率定期(R2=0.74,NSE=0.73)与验证期(R2=0.58,NSE=0.57)的模拟结果可以接受。②采用CA-Markov模型模拟的2010年土地利用类型图Kappa系数为0.83,可用于预测2025年土地利用类型。1980—2010年土地利用类型变化主要表现为草地转换为水体和未利用地,其转换面积分别为106.09 km2和0.5 km2。③相较于基准年2010年,各土地利用情景下的年均径流量均减少,自然发展情景减少最快,极端草地情景减少最慢;从丰水期与枯水期来看,2种时期下各情景月均径流变化完全相反;从其季节分配来看,各土地利用类型在夏季对径流变化影响最大,冬季影响较小。【结论】该地区草地是影响径流最主要的调控因子,原有草地的减少会引起夏季径流较大幅度减少,对于未利用地,可考虑开发为草地。