北京市怀柔水库集水区径流与防护林结构变化响应研究

利用北京市怀柔水库集水区1990年、1995年和2000年三期遥感影像,采用ArcView景观分析软件,得到防护林的空间格局变化情况.同时利用怀柔水库集水区1990-2006年逐日径流量的资料,研究防护林空间格局变化与当地径流量的响应关系.结果表明:怀柔水库集水区防护林在总面积方面没有明显变化,但不同林种面积变化明显,由灌木林为主逐步演变为以乔木林为主.当地降水量变化不大的基础上,年径流量有明显减少的趋势,其主要原因是防护林格局的变化,防护林系统的不断完善.随着防护林功能的发挥,2000年后研究区的径流量减少到1990年的5%,径流量逐年减少并呈现稳定的趋势.     

北京山区典型小流域景观格局变化对径流的影响

根据北京市密云县红门川小流域1990—2006年的水文资料,在统计分析降水、径流、蒸发年际变化特征的基础上,利用1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,采用ArcMAP及Fragstats等景观分析软件,从斑块和景观两个尺度上,分析红门川流域的景观空间格局变化及其与径流的关系。结果表明:（1）红门川小流域的降水、径流多集中在汛期（6—9月）,且年降水量、径流量逐年减少,气候变化是径流减少的主要原因;（2）红门川流域土地利用类型以林地为主,林地约占流域总面积的75%,其中以针叶林最多,阔叶林、混交林次之,灌木林最少,另外水域面积逐年减少,从另一个方面反映了径流量逐年减少;（3）红门川流域景观斑块个数增加,整体景观格局破碎化程度减小,斑块分布趋于均匀,其中斑块平均面积（AREA）、斑块周长（PERIM）、景观形状指数（LSI）、景观聚集度（CONTAG）均呈波动减小的趋势,斑块形状指数（SHAPE）、斑块分维度（FRAC）、Shannon-Wienner多样性指数（SHDI）则是逐年减小;（4）平均斑块周长、景观聚集度与径流变化相关性较强,平均斑块面积、平均分维度与径流变化相关性一般,平均斑块形状指数、景观形状指数、Shannon-Wienner多样性指数与径流变化基本不相关。     

黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析

黄土高原粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的重点核心地区.根据1960-1999年黄土高原粗泥沙集中来源区皇甫川、孤山川I、窟野河,秃尾河和佳芦河径流及输沙资料,以流域为单元,分析了区内各流域径流量、输沙量的年内、年际变化特征及变化趋势.结果表明,区内径流量及输沙量的年际、年内变化较大.在季节上,除秃尾河径流量集中期为6月份外,其余4条流域径流量的集中期均为8月份;5条流域输沙量的集中期均为8月份.各流域径流量、输沙量的突变时间均在20世纪70年代,说明各流域水沙量呈现减少的趋势,尤以20世纪90年代减少最明显.人类活动和气候变化是影响该区内各流域水沙变化的主要因素.     

四川省广元市不同土地利用类型的碳排放效应研究

利用土地利用变化及能源消耗资料,采用直接碳排放系数法,对四川省广元市近20a的不同土地利用类型的碳排放效应进行了估算。结果表明,在土地利用变化的影响下,该区域碳排放量明显增加,从1990年的2.11×107 t增长到2010年的3.98×107 t,增长幅度为88.9%;建设用地是主要的碳源,碳排放量从1990年的2.73×107 t迅速增长到2010年的4.91×107 t,其碳排放量占总碳排放量的99%以上,平均年增长速度为1.09×106 t;林地作为最大的碳汇,20a间有所增长,但水域、草地、未利用地碳汇效益不明显;从碳排放的空间格局来看,市中心区利州区的碳排放量最大,年平均碳排放量1.60×107 t。依据相关研究结果,提出了减少广元市碳排放量的相关建议。     

泾河典型流域水沙变化及其景观格局分析

以黄河中游泾河流域的3个子流域为研究对象,借助GIS和RS技术与基本的水沙数据,分析各子流域水沙变化特点与土地覆被空间格局特征。结果表明:流域北部的环江上游、合水川与汭河的径流量和输沙量以及土地覆被空间格局分布差异显著;30多年来环江上游的径流量增加了60%而输沙量却增加了1倍多,汭河的径流量减少了约40%而输沙量却减少到1/5,合水川的径流量基本保持不变而输沙量略有增加;环江上游只有6种土地覆被类型以低密度草地和半荒漠草地为主,汭河有9种土地覆被类型以林地、农田和高密度草地为主,合水川有7种土地覆被类型以林地和郁闭灌丛为主。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

鄂西南地区土地利用格局时空变化及轨迹特征分析

准确识别土地利用格局时空演变规律和轨迹特征,对科学推进该地区生态保护和社会经济高质量发展具有重要意义。采用1990年、2005年和2018年3期土地利用数据构建鄂西南地区土地利用变化轨迹序列,利用土地利用变化各项指数、弦图可视化、标准差椭圆方法,从地类总量变化特征、数量变化轨迹特征和空间变化轨迹特征3个方面开展,揭示近30年来鄂西南地区土地利用格局时空演变特征与变化趋势。结果表明:(1)土地利用总量变化稳定性特征明显。林地和耕地始终是研究区主要土地利用类型,耕地持续减少,建设用地持续增加,土地利用变化活跃但整体态势平缓。(2)土地利用格局数量变化轨迹主导性特征鲜明。1990—2005年以耕地和林地之间相互转换及林地的流出为主,2005—2018年以耕地、林地和草地之间的相互转换、建设用地的进一步扩张为主,整体上地类的变化表现为空间位置上的转移。2005—2018年比1990—2005年土地利用变化类型更多样,土地利用变化行为更活跃。(3)空间变化轨迹集聚性和分异性特征显著。2005—2018年综合土地利用动态变化强度更大。近30年来研究区土地利用格局变化重心、面积、方向和扩散趋势存在空...     

台兰河流域土地利用变化及其景观格局特征研究

在遥感和GIS技术支持下,获取了自1990年以来台兰河流域3期土地利用数据,在GIS空间分析模块下对台兰河流域土地利用及其景观格局特征进行了研究.结果表明:1990-2005年,土地利用变化表现出耕地和沙地明显增加,分别增加35 027.11 hm2和10 443.46 hm2,而草地和天然林地面积锐减,其中草地净减少59 965.95hm2,反映出流域有大面积拓荒的趋势.随着耕地面积的不断增大,引发农业用水和生态用水之间的矛盾,天然植被受到破环,生物多样性减少.老绿洲土壤盐渍化面积总体呈减小趋势,新绿洲及绿洲外围局部地区土壤盐渍化呈恶化趋势.     

基于小波分析和灰色预测的莺落峡年径流量特征分析

[目的]研究黑河莺落峡年径流量的变化规律及周期特征,为水量调配和水资源管理提供理论基础与科学依据。[方法]基于黑河莺落峡水文站1944—2014年径流量实测资料,采用Morlet小波分析、Mann-Kendall突变和灰色预测等方法分析了莺落峡流域径流变化趋势及其变化特征。[结果]莺落峡年径流量呈现微弱的增加趋势,年径流量距平百分率的倾向率为2.78%/10a。在莺落峡流域径流小波方差分析图中,有4个较为明显的峰值,它们依次对应的时间尺度为43,56,12和9a。43a时间尺度对应的最大峰是莺落峡流域年径流变化的第一主周期。根据年径流主周期的循环交替特征推测,在2020年左右莺落峡流域处于丰水时期,年径流量预测为1.843×109 m3。[结论]莺落峡年径流量周期变化特征明显,径流量呈增加趋势。     

基于GIS与RS的大理河流域植被格局分形维数时空变化特征

为掌握大理河流域植被格局时间和空间分布特征,构建了基于分形布朗运动理论的流域植被格局量化模型。该文利用自1990年至2006年共计5期TM/ETM影像为基础信息源,在ARCGIS平台下计算得到大理河流域各时相的像元归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),建立了流域像元尺度的栅格结构数字植被模型(digital vegetation model,DVM),并逐个计算得到各子流域植被格局分形维数。结果显示分形维数都大于2.5,介于2.7311~2.8499之间,各下一级子流域植被覆盖分形维数的大小都没有超过其所在的更大流域的分形维数。植被格局分形维数(fractional brownian motion,FBM)从下游到上游随着离出口点距离的增大而逐渐变小,植被格局自下游到上游逐渐趋于破碎复杂。各子流域从1990年至2006年植被格局分形维数基本随着时间的变化呈现了先减小后增大的趋势。该文建立的流域植被格局分形量化模型在综合量化流域植被格局破碎程度等方面具有一定的优越性。     

渭河流域径流变化趋势及其影响因素分析

降水是产生土壤侵蚀的主要原动力.以豫西土石山区的汝阳县和黄土丘陵区的嵩县为例,通过对实测的雨强、坡度等水土流失因子的观测和研究,初步探讨了降水变化对不同下垫面(梯田、林地、坡耕地、荒坡)造成的水土流失之分异影响,并推求出组合方程式表达其影响规律.结果表明,荒坡和坡耕地的蓄水作用最差,梯田和林地的蓄水功效则较高.在小流域治理过程中,应当把梯田、林地以及配套的沟道整治工程等作为重要的雨水存贮措施.     

白龙江上游径流变化特征及其对降水和人类活动的响应

[目的]研究近50a来白龙江上游径流变化特征,并进一步分析径流对降水的滞后效应以及降水与人类活动对径流变化的影响。[方法]以1961—2010年白龙江上游武都水文站的月径流数据和白龙江上游气象站月降水量数据为基础,采用集中度和集中期、Mann—Kendall法、R/S分析法等多种数理统计方法,分析了近50a来白龙江上游径流量在年际、季节和月尺度上的变化特征,并预测了其未来可能的变化趋势。[结果]白龙江上游径流年内分配极不均匀,多年平均集中度Cd达34.92%。近50a来白龙江上游年径流量呈极显著减少趋势(p0.001),变化率为-3.942×108 m3/10a,Hurst指数为0.980.5,表明未来一段时间内白龙江上游年径流量可能继续呈减少趋势。四季和1—12月径流量均呈显著减少趋势(p0.05),年径流量在1990年发生由多到少的突变。白龙江上游径流对降水的响应存在滞后效应,且滞后时间有微弱延长趋势。近50a来白龙江上游径流系数呈显著减小趋势(p0.001),降水量转化为径流的部分逐年减少,径流系数在1990年后减少了0.14。[结论]1990年之前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1990年以后,人类活动逐渐成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。     

台兰河绿洲灌区土地利用变化与水资源动态研究

基于2000年和2005年的遥感影像,利用RS,GIS及景观生态学方法,对台兰河绿洲灌区2000-2005年的土地利用进行监测,并分析了不同时期台兰河绿洲灌区水资源开发利用程度.对研究区土地利用与水资源动态变化关系进行了分析.结果表明,2000-2005年耕地面积和水域面积年均增加分别为3 603.8 hm2和151.4 hm2;绿洲林地和草地大面积减少,减少量分别为2 247.07 hm2和14 325.9 hm2,相应地绿地面积减少了165 72.97 hm2;草地和林地等生态用地的减少是灌区耕地增加的主要来源,转移比例分别为13.97%和5.93%.地表来水量不断减少的情况下,灌区地下水开采量从1989年的5.91×106m3增加到2003年的1.39×107m3,灌溉面积和机井数量不断增大,地下水开采强度日益增加,地下水水位呈日益下降的趋势.农业用水所占比例过大,生态用水逐渐缩减.     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

三江源地区林草生态系统水源涵养服务评估

[目的]分析青海省三江源地区生态工程实施前后生态系统水源涵养服务的变化情况,客观评估生态工程的效果。[方法]采用降水贮存量法估算三江源地区林草生态系统的水源涵养量。[结果]1997—2012年三江源地区林草生态系统水源涵养服务在波动中有所提升,平均水源涵养量为1.54×1010m~3/a,单位面积水源涵养量为430.67m~3/hm~2。三江源生态保护与建设工程实施后(2005—2012年)林草生态系统年平均水源涵养量比前期(1997—2004年)增加了15.60%。从空间格局而言,三江源地区林草生态系统涵养水源能力自东南向西北逐渐递减。单位面积水源涵养量澜沧江流域最高,其次为黄河流域,长江流域最低。真实气候条件和平均气候状况下,生态工程实施后的区域林草生态系统水源涵养量均比前期高。前期主要受到区域气候变化的影响,后期则叠加了生态工程的驱动作用。两种情况下,生态工程实施后三江源地区林草生态系统水源涵养量的线性变化趋势分别为1.94×10~9和4.64×10~8 m~3/10a。[结论]生态工程对三江源地区水源涵养服务提升的贡献率约为23.98%。     

长江上游森林涵养水源效益及其经济价值评估

 为丰富森林生态系统功能的价值量化研究,客观评价我国西南地区生态建设所取得的效益,以长江上游为对象,根据区域自然地理环境条件的差别,将其划分为暗针叶林、针阔混交林、阔叶林、经济林、竹林、灌木林6个自然地理类型区。利用区域降水量和产流特征参数,计算了长江上游森林涵养水源能力。采用水源调节“替代工程的影子价格”原理,计算了该地区森林生态系统的水源涵养经济价值。结果表明,长江上游地区森林生态系统的年水资源涵养量为1288.5亿m3,主要集中在高山峡谷森林区,涵养水源的年经济价值为431.6亿元。     

太湖流域土地利用变化的水文效应及其风险评价

以土地利用集约化程度高，城市化进程快的太湖流域为研究区，采用1985，2000年TM／ETM土地利用解译数据分析15a来土地利用变化特征。运用长周期水文分析模型L-THIA．基于流域各气象站1971—2000年共30a的日序列降水数据，计算1985，2000年这2个时段土地利用特征对地表径流的影响，评估土地利用变化的水文效应。研究结果表明，太湖流域土地利用变化主要表现为城镇扩展。全流域城镇扩展导致年平均地表径流增加1．14×10^8m^3，约为总径流量的2．9％。土地利用空间差异导致苏锡常区和浦东浦西区，分别增加了6．01％和3．91％。城市化高度发展的沪苏锡常城市带，1985—2000年间城镇面积增加635．2km^2，相应径流量增长6．5％。基于单元格网城市化水文效应风险评价结果显示，低、中、高风险区面积分别占评价区面积的37．5％，50％和12．5％。     

太湖流域水生态系统服务及其空间差异

以太湖流域土地利用资料、水文水质资料和统计资料为基础,对流域尺度上水生态系统服务功能及其空间差异性进行了评价与分析。结果表明,太湖流域水生态系统的水供给功能为3.70×1010 m3/a,水产品功能为6 681.180t/a,水路旅客周转量为4.604×108人/(km.a),水路货运周转量为2.90×1011t/(km.a),蓄水总量为4.53×109 m3/a,调节水量为7.69×109 m3/a,固碳量为4.28×106 t/a,释放O2量为1.14×107 t/a,净化污水量为6.30×109 t/a,年输沙量为1.22×106 t/a,造陆面积为189.851hm2/a;水生态系统服务功能总价值为9.10×1010元/a,不同服务功能价值量排序为:旅游>航运>调蓄>水质净化>固碳释氧>水供给>水产品>输沙造陆;太湖流域单位面积水生态系统服务功能价值为19.22元/(m2.a),且存在较大空间差异,其顺序为:浦西区>武澄区>浙西区>杭嘉湖区>湖西区>阳澄区>太湖区。     

城市透水面集水效益评价研究——以大连市为例

透水面是城市雨水利用的重要手段.以大连典型市区--西岗区和中山区为研究区域,根据2005年航摄采集的基础数据统计了当年各类透水面的面积,进而根据当年的降雨量、地表径流的截留系数和地下水的下渗补给系数计算得出研究区域透水面的集雨量,然后根据相应的经济、生态效益指标计算了透水面的集水效益.研究结果表明:(1)透水面的总面积为3 663.30 hm2,占研究区域总面积的51.5%;林地、草地和透水路面的面积比为6.5:1.3:1.0.(2)研究区域林地、草地、透水路面对降雨径流的截流量为1.69×107 m3,其中补充到地下水层的雨水量为5.0×106 m3;合计产生经济效益1.4×104元,生态效益5.52×107元.同时,由于大连市透水面的发展控制了城市水土流失,营造了良好的人居环境,促进了该市的和谐发展,因而产生了显著的社会效益.