陕西省生态系统水源涵养功能评估分析

以陕西省为研究对象,基于水量平衡法并结合GIS空间分析与线性回归法,对2000—2014年区域生态系统水源涵养功能动态变化进行科学评估和重要性评价,并以此为方向探讨区域生态红线规划。结果表明:(1)陕西省水源涵养能力南北高,中间低,空间差异显著,单元水源涵养量为0～800.90 mm;近15年水源涵养功能增加区域面积占研究区总面积的86.71%,总水源涵养量呈"整体上升,局部下降"特征。(2)气候要素与水源涵养量相关性较强,植被类型也影响着水源涵养的空间特性。植被类型中,森林是生态系统水源涵养的主体,其中,水源涵养能力为:常绿阔叶林常绿针叶林落叶阔叶林落叶针叶林。(3)研究区内水源涵养量200 mm的区域占总面积的65.12%,整体水源涵养生态价值不高;综合划定水源涵养生态保护红线面积约77 593.31 km~2,占总面积的37.70%,主要分布在秦岭中西部高山区、汉水谷地以南以及延河流域以北,生态系统类型以林地为主。     

基于SWAT模型的秦岭北麓灞河流域水源涵养功能综合评价

[目的]准确理解水源涵养功能的内涵,以提高水源涵养功能计算结果的合理性。[方法]选取秦岭北麓灞河流域作为研究区域,采用SWAT模型,基于水量平衡法,建立了水源涵养量定量计算公式,分析了近59 a来灞河流域水源涵养量演变规律;同时,提出了水源涵养功能综合评价新方法,即：基于生态系统水碳循环作为水源涵养功能评价理论基础,水源涵养量与NPP(植被净初级生产力)的比值作为水源涵养功能定量化评价指标,分析了近18 a来灞河流域水源涵养功能演变规律及空间格局。[结果](1)分季节率定优于全序列率定,采用新的率定方法可以提高模型流量模拟结果。(2)近59 a灞河流域年际水源涵养量呈下降趋势,变化率为k=-1.4 mm/a,采用Mann-Kendall非参数统计法,2013年开始年水源涵养量呈明显下降趋势;采用Morlet小波对灞河流域年水源涵养量距平时序数据进行小波分析,在35 a主周期下水源涵养量变化周期为23 a左右。(3)近18 a来,灞河流域水源涵养功能年际变化总体上呈减少趋势,年际变化率为-0.013 5 mm/g,水源涵养功能在空间上表现为随着坡度上升,水源涵养功能增强。[结论]分季节率...     

1960-2015年秦岭地区极端降水的时空变化特征

极端降水是气候变化的重要研究内容之一。在全球气候变化背景下,探究秦岭地区的极端降水变化,对于明确区域极端气候差异及探究其机理具有重要的意义。基于秦岭地区1960-2015年29个气象站点降水数据以及秦岭25 m×25 m分辨率的DEM数据集,选取6个极端降水指数,运用最小二乘回归法、Man-Kendall突变检验法、5年滑动趋势法和克里金插值法研究了56年来秦岭地区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）秦岭地区极端降水分布存在明显空间差异性,西北部是年均连续无雨日数高值区,中西部为连续降水日数高值区;强降水日数、强降水量、5日最大降水量和降水强度等指数呈"南高北低"的分布格局,位于秦岭最南端的紫阳县是各个极端降水指数极大值区。（2）56年来,秦岭地区极端降水的持续性整体呈减少趋势;强度呈增加趋势。秦岭山地降水时间短、强度大,尤其是在秦岭南部地区,应加强防备,以免引起洪水灾害造成的重大破坏。     

气候变化背景下秦岭水源涵养功能时空变异特征

水源涵养功能的变化对流域生态水文及其供水安全产生重要影响,稳定良好的水源涵养功能是区域经济社会高质量发展的基础。基于InVEST产水量模块、水源涵养模型、逐像元线性拟合,模拟1981—2015年秦岭及秦岭南北水源涵养时空变异,分析水源涵养对气候变化的响应,探讨气候波动背景下水源涵养演变趋势。结果表明:(1)近35年来秦岭水源涵养呈下降趋势,年变化速率-1.44 mm/a,秦岭北坡水源涵养下降趋势大于秦岭南坡;(2)近35年来秦岭水源涵养空间变化趋势呈空间异质性,除汉江南岸玉带河上游、牧马河上游、褚河上游年均水源涵养量略有增加外,其他流域呈整体下降趋势,且秦岭中部水源涵养下降幅度大于外围区域;(3)降水减少和参考蒸散发增加是影响秦岭水源涵养量减少的主要因素,在气候暖干化的背景下,秦岭水源涵养功能有进一步下降的可能。掌握区域水源涵养功能时空变异特征,对科学评估区域用水安全、预判未来水资源变化趋势和气候变化背景下水资源管理具有指导意义。     

秦岭水源涵养功能解析

稳定且良好的水源涵养功能是区域发展的基础，生态系统的水源涵养功能是当下区域生态水文研究的关键领域。秦岭因其重要的生态功能与地理环境特征，掌握其水源涵养功能的变化、水源涵养功能空间格局、影响因素敏感性等信息具有科学和实践指导双重意义。选取陕西秦岭为研究区，基于InVEST产水模块和水源涵养模型，计算秦岭2000—2014年15年间水源涵养量的变化，从坡度、高程、坡向方面分析了水源涵养空间格局，选取降水、蒸散发、季节常数、根系深度、叶面积指数等因素敏感性。结果表明：（1）年均水源涵养量与年均降雨量基本同步波动，2000—2014年15年间秦岭水源涵养总量呈增加趋势，年均增加值为2×10⁹ m³，并且增加的趋势越来越明显。秦岭主要流域年平均水源涵养量为汉江流域 > 丹江流域 > 渭河流域 > 洛河流域 > 嘉陵江流域。（2）秦岭水源涵养功能与高程、坡度、植被覆盖度呈正相关，阴坡水源涵养量大于阳坡，子流域水源涵养功能以中等重要和重要为主，一般重要和极重要较少。（3）影响水源涵养功能关键因子参数敏感性为降雨 > 潜在蒸散发 > 叶面积指数 > 季节常数 > 植被根系深度。     

未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响

“四水四定”背景下，科学量化变化环境下城镇或小流域未来水源涵养量是水资源管理、水利规划和水生态保护等工作的重要基础。水源涵养量尺度转化是目前生态水文学研究的难点之一，较高精细尺度研究是尺度转化的重要切入点。以秦岭北麓灞河流域为研究区，应用SWAT模型、CA-Markov模型、ArcGIS、RClimDex等分析工具，评估NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集对灞河流域月流量模拟能力，选取最优气候模式，模拟未来土地利用变化，分析灞河流域未来30年水源涵养量演变趋势，旨在为秦岭生态保护、水资源管理、土地利用保护等提供基础数据。结果表明：(1)NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、CanESM5等9个气候模式对月平均流量均值模拟效果较好，对极端流量模拟效果较差，NESM3气候模式相比其他8个气候模式有较好的流量模拟效果。(2)NESM3气候模式低估极端降水情况，高估持续干燥天数，月尺度降水数据模拟能力高于年尺度和日尺度。(3)通过Kappa系数检验CA-Markov模型在灞河流域土地利用变化方面具有较好的适用性。(4)在土地利用和气候...