黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用/土地覆被变化对径流产沙的影响

该文以黄土丘陵沟壑区第三副区内的桥子东、西沟为例,分析不同土地利用/土地覆被变化对流域径流输沙的影响.研究结果表明,土地利用/土地覆被对年径流输沙有显著影响,治理流域比未治理流域在丰水年、平水年和枯水年的年输沙率分别减少约44%、75%和86%;流域在土地利用后期(1995—2004年)比前期(1986—1994年)在平水年和丰水年的输沙量减少较大.从年内径流输沙变化来看,治理流域比未治理流域的减沙效应在5月和9月更为显著;而对于治理流域的两期土地利用时期,各月降水越多,后期时的流域月均输沙量比前期减少越多.暴雨洪水过程线和输沙过程线分析表明,土地覆被对流域暴雨洪水过程和输沙过程具有较强的调控作用.降雨和洪水流量频率分析表明,治理流域在前后两期土地利用时期,若具有相同频率分布的雨强,则任一重现期下流域后期土地利用时期的洪水平均含沙量小于前期.      

黄土丘陵沟壑区土地利用结构的地域分异研究

根据土地利用详查变更资料中二级分类的用地面积和比例,采用景观生态学结构定量分析方法,以泾河中上游流域的陇东地区为例,对土地利用结构的地域分异进行了定量研究.结果表明：①此方法能够很好地揭示区域土地利用结构的地域分异,其结果能在一定程度上反映研究区自然条件、自然资源和社会经济发展地域结构的差异;②研究区土地利用结构的区域变化呈以下规律：土地利用结构的多样性和土地利用组合类型数由塬区→沟壑区→丘陵区、城镇近郊→远郊依次递减,土地利用结构的集中度则刚好相反,土地利用的组合类型与区域的经济活动特点相关等;③研究区土地利用结构区域差异主要受地理位置、地貌状况、区位条件、经济发展水平等因素的强烈影响.     

土地利用变化与社会经济因素对湖南典型水库水质变化的影响

东江湖、水府庙水库和大通湖是湖南典型水库,以上述3个流域为研究对象,在土地利用类型遥感解译结果、社会经济统计数据以及水质监测数据的基础上,采用主成分分析和灰色关联度分析对研究区水质变化驱动力进行比较分析,为探究土地利用变化与社会经济发展对水库水质的影响。结果表明,东江湖流域的土地利用类型以林地为主,大通湖流域以耕地为主,水府庙水库流域内耕地和林地比例差异较为相似。土地利用类型和人类活动对3个水库的影响程度存在差异,东江湖水质变化的主要驱动因子为经济因素、林地及建设用地的面积比例。水府庙水库的水质变化主要驱动力为经济因素、建设及耕地面积比例的变化。大通湖水质变化的主要驱动力是经济因素、人口因素以及建设用地面积比例变化。湖泊受污染情况是大通湖水府庙水库东江湖。     

黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对径流-泥沙-氮素排放影响的模拟研究

针对黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程对水资源和水环境的影响难以评价的突出问题和现实需要,通过不同雨强和不同沟道土地整治比例的模拟降雨试验,研究了沟道土地整治工程对地表和地下径流过程的影响,分析了地表和地下径流氮素排放对沟道土地整治工程的响应,探讨了沟道土地整治工程对降水分配和氮素排放的作用机制。结果表明:沟道土地整治能调节降水分配、拦截地表径流、促进降水向地下径流转化,降水分配的调节程度随沟道土地整治比例的增加而增加;与无整治工况相比,在不同的降水强度下,30%和60%的沟道整治平均将降水的地表径流、土壤持留和地下径流比例从62∶21∶17分别调整为45∶22∶33和27∶23∶50。沟道土地整治减少地表径流中泥沙、硝态氮和铵态氮的输出,却有增加地下径流中硝态氮输出的风险;60%的沟道土地整治分别降低地表径流泥沙输出69%~82%、铵态氮输出63%~74%、硝态氮输出31%~48%,增加地下径流中硝态氮输出160%~337%,对地下径流铵态氮输出无影响。     

黄土丘陵沟壑区封禁流域立地因子对植物群落特征的影响

[目的]研究黄土丘陵沟壑区封禁流域立地因子对植物群落特征的影响。[方法]通过对陕西吴起县内封禁流域进行植被调查,研究了不同立地类型内植被群落特征和物种多样性的差异。[结果]调查区域内植被群落以旱生草本植物为主,物种组成相对单一,结构简单。地带性植被类型为铁杆蒿（Artemisia sacrorum）＋茭蒿（Artemisia giraldii）群落;植物多样性在不同地貌部位表现为梁顶〉沟底〉梁坡〉沟坡,在不同坡向表现为半阴坡〉阴坡〉半阳坡〉阳坡;阳坡多样性指数随坡度的增加表现为＂S＂形变化趋势,37°左右达到最大值。[结论]为黄土丘陵沟壑区的植物恢复提供了理论依据。     

黄土高原丘陵沟壑区春季温度变化对苹果花期冻害的影响

统计分析黄土高原丘陵沟壑区(以延安为例)12个县(市、区)2000—2020年的春季温度资料,结果表明,延安春季温度变化平缓,但3月温度上升明显且年度变化剧烈,导致近年苹果花期异常,是近年苹果冻害加重的主要原因.延安春季升温过程中,从气候平均情况来看,容易出现3月下旬初、4月9—12日、4月20—26日、5月上旬末至中...     

黄土丘陵沟壑区林草间作对土壤养分的影响——以甘肃省庄浪县为例

以不同林草间作模式为对象,以相同立地条件下的农田作为对照,对林草间作地土壤养分变化进行了测定分析,结果表明:在黄土高原丘陵沟壑区实施林草间作,在一定程度上有利于提高土壤养分含量和营养水平.5种间作模式对土壤养分含量和营养水平的影响程度大小依次为:山杏×紫花苜蓿>山杏×红豆草>油松×紫花苜蓿>油松×红豆草>沙棘×紫花苜蓿;林草间作对土壤有机质和土壤全氮含量的影响较为显著,而对土壤全磷、全钾含量的影响相对较小;从影响的土层深度看,林草间作对40 cm以上土壤养分含量的影响要比对60 cm层的影响更为明显.     

黄土高原丘陵沟壑区不同退耕还林模式对土壤微生物的影响

[目的]探讨黄土高原丘陵沟壑区不同退耕还林模式对土壤养分和土壤微生物的影响。[方法]对甘肃省天水市秦州区退耕还林(草)工程9年后3种不同造林模式和农田对照的土壤养分和土壤微生物数量进行了比较研究。[结果]不同退耕模式下,土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量呈逐渐增加的趋势;不同退耕模式下,细菌数量最多,放线菌次之,真菌最少。细菌和放线菌的平均值都是农田对照>经济林型>乔草型>乔木型,而真菌表现为乔草型>乔木型>经济林型>农田对照。土壤三大类微生物数量的垂直变化趋势是随土壤深度增加而降低。[结论]不同退耕还林模式提高了土壤养分含量,增强了微生物的活性,促进了主要微生物数量的增加;巩固退耕还林(草)后续工程可改善土壤肥力;乔草型造林模式比单一树种造林模式(乔木型和经济林型)更有利于改善土壤质量。     

放牧对黄土高原丘陵沟壑区林草地土壤特性的影响

在黄土高原丘陵沟壑区——山西偏关县通过放牧试验研究了草地和柠条林地在不同放牧强度、不同放牧畜种条件下表层土(0~10 cm)的物理和化学性质。结果表明,放牧强度直接影响着草地和柠条林地土壤的物理结构。随放牧强度的增加,牲畜对土壤的践踏加剧,导致土壤紧实度增加,容重上升,含水量下降。草地和柠条林地的水解氮含量都随放牧强度的增加而增加,速效钾含量则都表现为中度放牧>重度放牧>轻度放牧;速效磷的含量草地随放牧强度的增加而减少,柠条林地的速效磷含量则随放牧强度的增加而增加。从畜牧羊种选择来看,绵羊相对于山羊来说对放牧地践踏较轻,土壤容重较小,土壤含水量、水解氮、速效磷和速效钾含量则较高。     

SWAT模型灵敏度分析模块在黄土高原典型流域的应用

SWAT模型是基于水文过程的、具有很强物理机制的流域分布式水文模型.SWAT2003以SWAT2000为基础,增加了灵敏度分析、自动校准和不确定分析3个全新模块.该文主要介绍SWAT2003模型灵敏度分析模块的原理,并在罗玉沟流域应用与验证.通过灵敏度分析,辨析出影响该流域产流产沙模拟结果精度的主要参数因子:径流曲线数(CN2)和土壤可利用水量(SOL-AWC)对罗玉沟流域模拟产流产沙值的影响最为显著,且对产沙值的影响大于对径流值的影响;而基流α系数(ALPHA-BF)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、坡度因子(SLOPE)和坡长因子(SLSUBBSN)对模拟产沙值的影响也十分显著,但对径流值的影响并不明显.依据上述结论调整参数值,采用连续15年的实测月流量数据对模型进行了校准和验证,结果表明,模型对月流量模拟的相对误差在模型校准期和验证期均小于15%,相关系数R2和Nash-Suttcliffe系数Ens均高于0.8,SWAT2003模型对罗玉沟流域产流的模拟结果良好.因此,灵敏度分析模块的应用极大地提高了模型在黄土丘陵沟壑区的可用性,具有一定的推广意义.     

黄土高原典型流域次降雨径流侵蚀产沙规律研究

【目的】研究黄土高原地区小流域次降雨径流侵蚀产沙规律,建立适宜于该地区的侵蚀产沙预报模型。【方法】根据岔巴沟流域32年实测的水沙资料,采用径流侵蚀功率、地貌分形信息维数的计算模型及多元非线性回归方法,分析了黄土高原地区岔巴沟流域的次降雨径流侵蚀产沙规律。【结果】岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙模数Ms与径流侵蚀功率E、地貌形态分形信息维数Di有很好的相关性,模型具有较高的精度和一定的适用性。【结论】基于流域径流侵蚀功率与地貌形态分形信息维数的岔巴沟流域次降雨侵蚀产沙预报模型,能够近似反映不同尺度流域次降雨径流侵蚀产沙特性及水沙传递的关系,为建立具有广泛适用性和较高预报精度的黄土高原流域次降雨径流侵蚀产沙预报模型提供了理论依据。     

黄土高塬沟壑区砚瓦川流域近60年降水时空变化特征

采用气候趋势倾向率、小波变换、Mann-Kendall突变检验等方法,对黄土高原砚瓦川流域1951—2009年近60年的降水进行时空特征分析。结果表明：从时间过程上看,该流域春、秋季降水量明显趋于减少,而夏、冬季则稍有增加,年降水量在波动中呈下降趋势;年降水量最显著的振荡周期为32年,经历高-低-高3个循环交替,夏、秋季的周期变化对年降水量的影响较大;该流域50年一遇的年降水量和最大日降水量分别是815.3 mm和111.5 mm;降水年内分布主要集中在6—9月,占全年的68%。年降水量没有明显的突变现象,但在50年代有两次降水转折,80年代后期以来出现七次降水转折。从空间分布上看,流域年降水呈西高、东低的态势,其中东北部年降水量近60年来下降幅度较大,西部年降水量下降幅度较小。     

黄土高原地区冬、春小麦对气候变化的适应度评价

以整个黄土高原地区为研究区域,建立作物的气候变化适应度模型,通过数理统计和地理空间分析方法,分析了自1960—2011年来,区域冬、春小麦对水分、温度、光照的适应度时空变化特征,并进行了适应度分区。结果表明：区域冬小麦全生育期的综合适应度达到了较强适应水平,有减小趋势;除返青—拔节期在中度适应水平外,其他生育期均为较强适应水平。春小麦全生育期的综合适应达到较强适应水平,有升高趋势;灌浆—成熟期最大,达到了较强适应水平;播种—出苗期最小,只达到中度适应水平。区域综合适应度由西北向东南呈增加趋势且与水分适应度分布的相关性最大,与温度适应度的相关性相对较小,与日照适应度的空间分布呈负相关;其倾向率在西部、西北和东北地区呈增加趋势;在南部和东南部呈减少趋势。冬小麦在返青—拔节期,春小麦在播种—出苗期需要加强人工管理,以增强其适应度;且气候变化对北部的春麦种植较为有利,而对南部的冬麦种植不利。     

黄土丘陵区小流域土地覆被物空间分布特征及影响因素研究

【目的】研究了小流域土地覆被物的主要类型、空间分布特征及其影响因素,为黄土丘陵区复杂地形条件下的流域水土流失防治及评估提供参考。【方法】在陕北黄土丘陵区安塞县的大南沟、纸坊沟、县南沟3个小流域,选取172个样地调查了植被、枯落物及生物结皮等土地覆被物的盖度、厚度及所处的地形条件等数据,并运用SPSS13.0进行了分析。【结果】黄土丘陵区小流域土地覆被物以草本盖度最大,枯落物和生物结皮盖度次之,乔木和灌木盖度较小;植被盖度在沟坡大于梁峁坡,阴坡和半阳坡大于阳坡,不同坡度之间无显著规律,不同地形条件下枯落物盖度的变化与植被的变化趋势一致,生物结皮盖度的空间分布与植被盖度和枯落物盖度呈相反趋势;小流域9个土地覆被物指标可以归为3类土地覆被物因子,即地表覆被物、近地覆被物和地上覆被物。土地覆被物空间分布受地形因子及土地覆被物之间的影响,乔木盖度受地形影响较大;灌木盖度受坡度影响较大;草本盖度主要受乔木盖度的影响;枯落物受乔灌草盖度影响较大,受地形类因子影响较小;苔藓、藻类盖度及生物结皮盖度主要受枯落物、草本盖度等近地因子的影响。【结论】流域土地覆被物空间分布特征与水土流失状况密切相关,在黄土丘陵区小流域水土流失防治过程中,要针对不同的地形条件进行合理的植被配置,进而形成优化的土地覆被物配置,促进黄土丘陵区的生态环境建设和保护。     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

黄土高原小流域出口断面水力几何模型

流域出口断面水力几何关系能够为流域水文模型参数获取、洪水过程演变及灾害预警提供辅助工具。以黄土高原丘陵沟壑区桥子西沟和桥子东沟2水土流失对比流域为研究对象,首先采用幂函数、自然对数函数和二阶对数函数模型分别拟合桥子西沟流域1987—2006年出口断面水文观测数据,应用模型决定系数(R2)和模拟残差平方和(RSS)评价3种模型拟合结果,优选平均流速-流量、水面宽-流量与平均水深-流量的水力几何模型。然后将桥子西沟流域观测数据随机分为2部分:1987—2002年共594组数据用于率定优选模型,2003—2006年共362组数据用于验证。采用均方根误差(RMSE)、模型效率系数(E)以及图形拟合等手段评价各优选模型的有效性。桥子西沟流域模型率定及验证结果表明:平均流速-流量和平均水深-流量关系适用于自然对数函数表达(RMSE值为19.89%和30.70%,E值为0.59和0.84),而水面宽-流量关系则适用于二阶对数函数表达(RMSE=3.84%,E=0.87)。进一步应用桥子东沟流域1987—2006年出口断面共1 006组观测数据验证各优选水力几何模型在相似流域的适用性,结果表明:平均水深-流量关系拟合效果优于桥子西沟流域,而平均流速-流量和水面宽-流量关系拟合优度稍逊于桥子西沟流域。该研究为黄土高原地区小流域洪水监测与预报提供基础。