伊洛河流域土壤保持生态服务功能动态变化

[目的]分析河南省伊洛河流域土壤保持生态服务功能的动态变化特征,为流域水土保持和生态管理建设提供参考。[方法]采用修正通用水土流失方程(RUSLE)和统计学方法,分析2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能时空变化特征以及影响因素。[结果](1)2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能呈递减趋势;空间分布基本一致,整体呈西南高,东北低的分布格局。(2)不同生态系统类型的土壤保持功能差异较大,2010—2020年森林和灌丛生态系统土壤保持总量较高,农田生态系统面积最大,但土壤保持功能较弱。(3)不同海拔和坡度的土壤保持功能随海拔和坡度的增加不断加强。(4)2010—2020年伊洛河流域土壤保持功能空间差异性主要受地形因素的控制,时间变化主要受降雨侵蚀力的影响。[结论]应注重和维护土壤保持功能较强的森林和灌丛生态系统,增强农田生态系统的水土保持措施,从而提高流域土壤保持功能,有助于提升伊洛河流域的生态安全。     

生态恢复背景下无定河流域土地利用时空变化

以恢复林灌草植被为核心的黄土高原生态建设的直接结果就是引起了土地利用格局变化。选取黄河中游区无定河流域为对象,以1985,1995,2000和2008年土地利用数据为基础,综合运用GIS分析技术、土地利用动态分析方法与模型,系统研究了生态恢复背景下流域土地利用时空变化过程。结果表明,草地始终是该流域优势土地利用类型,生态恢复以大规模治理沙荒及未利用地,恢复林草地景观为主要形式;随着退耕还林还草工程实施与推进,耕地转出明显,林、草地新增明显;1995年前后,流域土地利用类型相互频繁流转,土地利用总动态度在2000年达到了最高水平;在植被恢复因素驱动下,流域土地利用重心空间漂移明显,主要表现为耕地重心均向流域东部下游地区偏移,林、草地重心向西北方向偏移。     

无定河流域基流变化特征及其对降水的响应

基流是干旱区河流水资源的重要组成部分,在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要作用。探究无定河流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化黄土高原水资源配置意义重大。基于无定河流域1960—2019年逐日降水量、径流量数据,利用数字滤波法、小波变换、双累积曲线及弹性系数法等,分析了降水量与基流深年际和年内变化特征,探讨了降水量与基流深的时频域关系及基流对降水的时滞效应,并明确了降水—基流关系的变化方向。结果表明：无定河流域年基流深和年基流指数分别呈极显著下降趋势(p<0.001)和不显著增大趋势(p<0.1),多年平均值分别为23.83 mm和0.67。基流深和基流指数值在春秋两季较大,夏冬两季较小;夏秋季降水对基流的控制能力在高能量和低能量区均明显强于春冬季;基流对降水的年均时滞时长为3.2天,月均(5—10月)时滞时长均在7天内。在过去60年间,流域基流储量增加7倍以上;降水量与基流深的关系发生2次变化,变化点分别为1971年和2000年;2000年后基流对降水的敏感性减弱,二者关系变化的方向更加稳定。研究结果以期为黄河中游地区水资源可持续开发利用提供理论支撑。     

无定河流域风沙滩区河道基流变化规律与驱动因素分析

为探究风沙滩区河道基流变化规律与主要驱动因素,以1954—2018年无定河流域赵石窑水文站实测水文数据和多站点的降水量数据等资料为基础,分析比较3类方法(时间步长法、数字滤波法和平滑最小值法)对无定河流域风沙滩区河道基流分割的适用性,揭示河道基流量的变化特征,量化分析引起基流量变化的驱动因素(降水、植被覆盖度和农业灌溉等)。结果表明：时间步长法中的局部最小值法对风沙滩区河道基流分割结果较其他方法更为合理,其中多年(1954—2018年)平均基流量为3.29×10⁸ m³,基流指数均值为0.71;基流量总体呈极显著下降趋势,且在1972年和2000年发生突变,其周期性变化主要由第1主周期(32年)控制;无定河流域风沙滩区河道基流变化是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果,其中水文序列第2阶段(1973—2000年)和第3阶段(2001—2018年)与第1阶段(1954—1972年)相比,降水对基流量变化的贡献率分别为29.35%和4.52%,人类活动(植被覆盖度和农业灌溉)的贡献率分别为70.65%和95.48%,说明人类活动是其变化...     

水土保持措施对无定河流域沟道-河道系统泥沙收支平衡的影响

流域系统可以分为坡面系统和沟道-河道系统2大单元,可以分别建立泥沙收支平衡关系。结果表明：1）实施水土保持措施以后,无定河流域系统泥沙收支平衡中各变量均随时间而变化。沟道-河道系统泥沙输移比发生了极显著的减小趋势,泥沙存储量发生了显著的增大趋势,流域产沙量的变化发生了较显著的减小趋势,坡面净侵蚀量有所减少,但变化趋势不显著。2）对于不同的泥沙收支平衡变量的变化而言,水土保持措施变化和降雨变化的贡献率是不同的;对坡面净侵蚀量的变化而言,汛期降雨的变化起着决定性的作用,贡献率高达90.82%,坡面水土保持措施的贡献率仅为9.18%;对沟道河道系统泥沙存储量的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达76.16%,汛期降雨变化的贡献率仅为23.81%;对流域产沙量的变化而言,汛期降雨和水土保持措施的变化都起着重要作用,前者贡献率为57.84%,后者贡献率为42.16%。3）对沟道-河道系统泥沙输移比RSDRc的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达87.27%,汛期降雨变化的贡献率仅为12.73%。     

从无定河流域“94·8·4”暴雨洪水看林草措施的减蚀作用

典型调查表明,在无定河流域绥德县80年—遇日降雨量120多mm条件下,林草措施具有显著的减蚀作用:农坡地一次降雨侵蚀模数达36660t/km~2,而一般草地侵蚀模数为5000～12000t/km~2,草地减少侵蚀70%～90%;坡度35°、被覆度70%的林地,加上工程整地措施,侵蚀模数为2000～5000t/km~2,减少侵蚀85%～95%;在相同自然条件下,林地减水效益为27.5%,减沙效益为47.7%,在有整地措施条件下,林地径流量较自然荒坡减少42.2%～77.1%.     

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。     

伊犁河流域土壤盐分与地下水关系的关联分析

根据2009年伊犁河流域土壤盐分与地下水条件的监测和取样分析资料,运用灰色关联分析法,对伊犁河流域3月、6月、9月与11月的土壤盐分与地下水埋深、矿化度、电导率、pH值与主要离子进行了关联分析。分析研究表明:研究区表层土壤盐分平均含量为1.37 g kg-1,属于轻度盐渍化土壤。地下水矿化度平均值为2.50 g L-1,属于微咸水。在关联排序中,地下水埋深、矿化度、电导率、SO42-、Cl-、Mg2+、Na+与土壤盐分变化的关联性较强;地下水pH、K+与Ca2+与土壤盐分变化的关联度低,均小于0.321;地下水Mg2+含量与土壤盐分关联度最高,为0.606。灌溉对地下水pH、矿化度、电导率、Mg2+、Cl-离子变化的影响不大,而对地下水埋深、Na+、SO42-、K+与Ca2+离子变化的影响较明显。为了防止土壤次生盐渍化,应该加强对地下水中Mg2+、Na+与Cl-离子的控制与管理。     

关川河流域土地利用变化对径流的影响

土地利用/覆被变化(LUCC)引起的径流响应研究不仅是流域水文学的一个热点,也是评估国家退耕还林战略实施效果的需要。选择黄土高原西部关川河流域为对象,依据流域出口大羊营水文站1993—2001年期间5—9月的径流资料,对SWAT模型进行参数率定。进而利用率定后的SWAT模型计算1980年、2000年两期土地利用下的径流量,分析土地利用变化的水文响应。结果表明:模拟率定期和验证期的决定系数R2和Nash-Sutcliffe效率系数分别为:0.85,0.78和0.86,0.84,说明模型对关川河流域汛期径流量模拟具有较高的适用性;关川河流域在实施了退耕还林草后,2000年较1980年耕地大面积减少而草地大面积增加。在气象条件相同的前提下,即气象输入数据不变的情况下,2000年土地利用下的月径流模拟值相比1980年土地利用下的月径流降低,9a内年均(5—9月份)径流量减少1.39m3/s。既在气候不变情况下,林草植被恢复将会引起流域径流趋于减少。     

滦河流域气候变化的水文响应研究

以滦河流域为研究区,基于未来气候变化研究成果建立了16种气候变化情景,结合SWAT分布式水文模型模拟了不同气候变化情景下的水文过程,对滦河流域气候变化的水文响应进行了分析。结果表明:SWAT模型可以较好地模拟滦河流域的月流量过程,在研究区具有较好的适用性;流域气温升高将会导致蒸发量增加、径流减少。在以升温为主、降水变化存在很大不确定性的情况下,滦河流域径流量可能进一步衰减。在未来降水增加的情况下,流域年均地表径流增加趋势的空间差异显著,尤其是流域下游的迁西县等地增加幅度超过12mm,研究结果将为变化环境下滦河流域的水资源管理提供参考。     

无定河流域水土保持措施配置及减沙效益分析

从分析无定河流域不同时段水土保持措施配置入手,以减沙效益为研究目标,探讨了水土保持措施优化配置问题。分析认为:水土保持措施配置与减沙效益是密切相关的,淤地坝在水土保持措施配置中应占有合理比例,无定河流域坝地配置比例应大于3%;坡面治理措施配置中需进一步加大封禁治理比例。     

黄河中游典型流域土地利用对径流的调控作用

[目的]深入研究黄河中游不同土地利用对径流变化的调节效应及其阈值,对于山洪防治和流域高质量发展至关重要。[方法]以大理河流域为重点研究区域,分析其近20年来的土地利用变化特征,基于流域月尺度SWAT模型定量分析了土地利用变化对径流年内分配的影响; 通过设置4种极端土地利用情况研究了不同土地利用类型对于汛期径流的影响; 并通过设置12种不同的土地利用覆盖度情景,揭示了影响流域径流的土地利用的覆盖临界。[结果]大理河流域主要的土地利用方式为耕地、草地和林地,草地和林地对径流有抑制作用,耕地对径流存在促进作用,三者的影响系数分别为-0.125,-0.130,0.122。土地利用对径流的年内分配有一定的调控作用,但当土地利用变化较小时,这种调控作用不明显。土地利用覆盖度存在明显的边际效应,其下临界约为5%,草地的上临界为95%,林地的上临界为91%。[结论]由于流域内实际的植被条件较差,林草覆盖度仍处于较低水平,因此修复植被和适当地退耕、退草还林仍能对该流域的水土保持工作和防洪建设起到促进作用。     

基于SWAT模型的气候变化条件下诺敏河流域径流变化研究

[目的]了解气候变化条件下诺敏河流域径流变化特征,为诺敏河流域水文水资源综合规划提供科学支撑。[方法]通过SDSM统计降尺度模型和大气环流模式,生成未来不同情景模式下的气温和降水数据,运用SWAT模型模拟计算得到了不同气候情景模式下的径流数据。[结果]从趋势上看:3种情景模式下径流都保持增长趋势,RCP2.6模式下增幅最少,RCP4.5模式其次,RCP8.5模式下径流量增幅最大。从突变上看:RCP2.6模式下,径流在未来依旧不会存在突变点; RCP4.5模式下,径流在未来存在很大可能形成突变; 而在RCP8.5模式下,年径流将在2067年附近发生突变,突变后的径流量表现为显著的增长。从周期上看:RCP2.6模式下,径流变化周期主要由56 a的主周期控制; RCP4.5模式下,年径流变化周期主要由56 a和44 a的控制; RCP8.5模式下周期特征和RCP4.5模式相似,相比之下,56 a时间尺度下能量密度更为密集,该周期的控制效果得到进一步增强。[结论]不同气候情景模式下诺敏河流域径流差异较大,未来制定水文水资源综合规划应考虑不同气候条件的影响。     

气候变化对开都河流域径流的影响研究

利用SWAT模型模拟开都河流域的径流变化,并采用1990—2009年的水文站点径流数据进行精度验证,然后设定气候变化情景,模拟不同气候条件下径流的响应特征。结果表明:模拟结果与实测径流较吻合,剔除异常年份（1994年、1995年）后,校准期（1990—2000年）效率系数为0.58,平均相对误差为-5.7%,线性拟合度为0.8;验证期（2000—2009年）的结果与校准期接近,均达到了模型的评价标准,说明SWAT模型在开都河流域的适用性较好。基于此,采用任意情景设置方法,设置了25种气候变化（气温和降水）组合情景,研究了该流域对气候变化的响应,结果表明,气候变化对径流量的影响较为显著,降水增加或气温降低均会导致径流量增加,流域未来年均径流变化的主要影响因素是降水,温度的影响相对较弱。     

基于SWAT模型的阿克苏河流域径流模拟

阿克苏河流域地处中国西北干旱区域,受高寒气候影响,其冰川和积雪融化补给对流域径流量变化、区域水资源合理优化及生态环境的保护影响重大。结合阿克苏河流域融雪径流的产流、汇流的独特之处,应用SWAT分布式水文模型对其月均径流进行了模拟研究。收集阿克苏河流域7个气象站点1980—2013年的逐日观测数据和阿拉尔水文站2000—2013年月均实测径流数据,基于DEM数据、土地利用数据、土壤数据,建立适合阿克苏河流域的融雪径流模型并进行月均径流的模拟。结果表明:SWAT模型在阿克苏河流域具有良好的适用性,校准期和验证期相对误差R_E均在8%以内,决定性系数R²和Nash-Sutcliffe效率系数NS均高于0.82,达到了模型的评价标准,为高海拔干旱区建立分布式水文模型提供了参考。     

基于SWAT模型的寿昌江流域产沙模拟及影响因素分析

为分析山地丘陵地带侵蚀产沙的变化及驱动机制,应用SWAT模型对浙江省建德市寿昌江流域进行了产流产沙模拟,并基于Fragstats 4.2对不同年份土地利用数据进行景观指数计算,进而分析流域内侵蚀产沙状况,探讨了坡度、坡长、海拔高程、流域面积、降雨以及景观格局对侵蚀产沙的影响,并进行主成分分析。结果表明:(1)构建的SWAT模型在寿昌江流域具有很好的适用性,在产流模拟中,校准期和验证期的R~2分别为0.95和0.88,NSE分别为0.93和0.87,PBIAS分别为+4.96%和+5.36%;在产沙模拟中,校准期和验证期的R~2分别为0.73和0.72,NSE分别为0.69和0.64,PBIAS分别为-4.3%和-20%,均满足模拟要求,保证了模拟结果的精度。(2)整个寿昌江流域1980—2010年最大侵蚀产沙负荷均小于500 t/(km~2·a),土壤侵蚀强度属于微度,土壤保持能力良好。(3)地形因子、景观多样性因子、景观形状因子、雨强因子4个主成分对产沙模数的贡献率分别为51.48%,18.51%,10.70%,6.94%,地形因子是影响流域侵蚀产沙的主要因素。(4)景观指数与产沙模数间存在显著相关性且对产沙影响显著,在今后的土地利用规划中应考虑景观特征,达到改善流域土壤侵蚀的目的。     

漓江流域氮磷排放对水肥管理和下垫面属性变化的响应

为分析漓江流域农业面源污染氮磷排放及其主要影响因素,该研究在多年野外监测试验的基础上,运用SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟水肥管理和下垫面属性对青狮潭灌区会仙试区氮磷排放的影响.研究中根据会仙试区径流量、总氮及总磷月排放监测数据校准和验证模型,进而采用情景模拟方法,分析稻...     

基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被变化的径流响应

为了探究热带岛屿性流域土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)的水文效应,以海南岛典型热带岛屿性流域南渡江流域为研究区,构建本地化SWAT模型,模拟流域水文过程及其对LUCC的响应,揭示流域径流的变化规律,对比不同土地利用类型的水文过程及调蓄能力,探讨了典型热带岛屿性流域LUCC的径流效应。结果表明:SWAT模型在南渡江流域的适用性良好,径流模拟对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较敏感。不同土地利用类型对流域的产流贡献顺序为耕地>其他林地>橡胶林地; 耕地产流能力最强,其他林地和橡胶林地具有一定的截流蓄水作用。综上所述,与1990年相比,2015年南渡江流域河流径流量减少,流域LUCC导致的地表径流减少是河流径流量减少的直接原因,而蒸散发加剧是地表径流减少的主要原因。     

基于SWAT和PLUS模型的窟野河流域径流对土地利用变化的响应及预测

[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R²和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.877 4,Kappa系数为0.802 1,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km²,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km²;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河...