基于SWAT模型的岷江上游流域土地利用变化对径流的影响

定量评估土地利用对水文过程的影响,对水资源规划和管理具有重要意义。本研究的主要目的是定量评估成都岷江流域径流对土地利用变化的响应机制。以成都岷江流域作为研究对象,基于GIS技术构建CMADS驱动下的SWAT模型来展开逐月径流模拟,并结合情景设置法,分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程,定量分析不同土地利用变化对流域径流产生的影响。结果表明：（1）林地、草地、耕地是成都岷江河流域的主要土地利用类型,随时间推移,仅有林地呈少量下降,草地面积保持不变,其余土地利用类型均有少量提高,其中建设用地、未利用地的年变化速率最快;（2）构建了适用于成都岷江流域的SWAT模型,率定期和验证期R2和NSE系数均在0.7以上,经过参数率定后的SWAT模型径流模拟效果较好,适用性高;（3）以2020年的土地利用现状为基准年,排除其他干扰因素,采用极端土地利用情景法,结果表明耕地具有增加径流的作用,林地和草地均具有拦截径流的作用,其中林地的截流作用更为明显。本研究可为指导该流域和类似流域的管理决策提供参考。     

基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。     

安家沟流域坡沟系统坡面径流泥沙特征的研究

该文以黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区安家沟流域为研究对象,采用1986—2011年坡沟系统地表径流和产沙量指标数据,研究不同土地利用条件下地表产流产沙特性,并分析了时间尺度上地表径流与产沙变化特征。结果表明:不同土地利用类型条件下径流量、产沙量的均值存在差异,且呈现规律性,即在同等降雨条件下灌木小区径流量和产沙量均最小,坡耕地径流量和产沙量均最大;不同土地利用类型小区产流、产沙次数均为坡耕地人工草地乔木林地荒草地灌木林地;模拟研究时间段内径流量变化趋势结果表明,在时间尺度上,径流量和产沙量变化均呈现y=ax+b(a0)线性关系,尤其灌木林地的斜率最大。     

徐州市区土地利用变化及其对径流的影响

结合土地利用、土壤类型数据和降水数据,应用SCS水文模型,在GIS环境的支持下,模拟徐州市区1983-2013年土地利用变化及其对地表年径流深的影响。结果显示,土地利用变化主要表现为城镇建设用地、水体、未利用地面积增加,耕地、草地、林地面积减少。土地利用结构的变化使得地表径流深发生变化,在前期土壤湿润程度为平均,降水量为803 mm的情况下,30年间徐州市区年径流深增加了42mm,年径流系数增加了0.06。     

农作型小流域土地利用方式与拦蓄径流的关系

以农作型小流域为研究对象,分析土地利用与拦蓄径流的关系,建立小流域拦蓄径流量与不同土地利用方式面积多元回归模型,分析不同类型土地的拦蓄径流量。结果表明:单位面积水田、梯田、坡耕地的拦蓄径流量分别为43.74万、1.81万、-28.00万m3.km-2,相对于水田和梯田而言,坡耕地对拦蓄径流具有抑制作用;单位面积有林地、灌木林地、疏幼林地、经果林地、草地的拦蓄径流量分别为-0.997万、105.50万、29.03万、1.05万、222.12万m3.km-2。     

密云水库石匣小流域水土保持措施效应研究

根据2000-2006年密云水库上游石匣小流域内20个径流小区的产流产沙数据,分析不同水土保持措施的蓄水保土效益.结果表明:(1)以裸地为对照,土地利用类型的水土保持效应为封禁荒草地＞林地＞耕地,3种土地利用类型的径流减少量分别为94.28％、66.25％、23.95％,泥沙减少量分别为99.38％ 、75.13％、56.82％;(2)同种耕地土地利用类型,不同耕作措施的水土保持效应为梯田＞坡耕地＞陡坡开荒;(3)同种林地土地利用类型,不同林地措施的水土保持效应为鱼鳞坑＞大水平条＞小水平条;(4)同种草地土地利用类型,自然封禁形成的荒草地的水土保持效应远远大于人工草地.     

基于AnnAGNPS模型的三峡水库生态屏障区径流与土壤侵蚀的变化

利用调查统计和生态产业化工程建设数据,基于GIS技术和AnnAGNPS模型预测三峡水库生态屏障区7条典型农林小流域4种情景模式下径流和土壤侵蚀的变化。结果表明,与2000年相比,2020年7条流域地表径流量将平均减少40.7 mm,土壤侵蚀量将减少5.41 t·hm^-2;流域径流量与坡度呈显著正相关性(p<0.05),与林地面积比率呈显著负相关性(p<0.05),与农地比率相关性不显著; 土壤侵蚀量与林地面积呈显著负相关性(p<0.05),与农地面积呈显著正相关性(p<0.05),土壤侵蚀量空间变异系数均值为160%,为径流量的4.35倍,土壤侵蚀影响因素的不确定性远多于径流量;三峡水库屏障区实施退耕还林和生态产业化工程建设后,水土保持功能持续增强。利用AnnAGNPS模型输出的方法能较为客观地计量流域尺度径流量和土壤侵蚀量,但该方法所需数据量庞大,可能会限定其他地区的推广。     

基于CLUE-S模型的哈尔滨地区土地利用变化格局模拟与展望

哈尔滨地区作为黑龙江省的核心区域,模拟其土地利用变化时空格局,可以在宏观尺度上把握各种土地类型的变化过程,有利于把握驱动因素对土地利用变化的影响,可以对农业发展、城市扩张等进行合理规划,对生存环境的可持续发展有重要意义。在数理统计技术和GIS技术支持下,以Landsat TM5数据为数据源,利用CLUE-S模型以2005年哈尔滨地区土地利用数据为基年,模拟了2010年哈尔滨地区土地利用格局。与2010年哈尔滨地区实际土地利用数据相对比,模拟准确率为82.13%, Kappa系数为76.17%,说明此模型对哈尔滨地区2010年土地利用的模拟比较成功。在此基础上,利用CLUE-S模型对哈尔滨地区2025年土地利用变化格局进行模拟。与最初基年数据相比,面积减少最多的地类为耕地和草地;面积增加最多的地类为建设用地。耕地面积减少最多地区为林地边缘和建设用地周围;山区河谷地带草地减少较多,多退为林地或被耕地侵占;水域面积减少多为被耕地侵占,主要表现为坝外地种植农作物。湿地减少多为被耕地侵占;林地增加多为退耕还林较多;建设用地增加多为侵占耕地。最后,基于模拟结果,对哈尔滨地区土地利用变化趋势进行了展望。     

碳氮同位素结合稳定同位素模型解析沉积土壤碳源

【目的】研究辽西褐土丘陵区典型小流域不同土地利用方式下经侵蚀沉积过程沉积土壤碳来源,为合理调控小流域土壤侵蚀造成的土壤碳流失提供科学参考。【方法】通过对辽西丘陵沟壑区小流域野外取样,研究小流域沉积土壤碳的来源并量化其贡献。通过GIS结合GPS技术对小流域4种不同土地利用类型（耕地、林地、草地、沟渠）表层土壤及小流域拦沙坝3个位点（S1坝前、S2坝中、S3坝后）0-100 cm土壤剖面进行取样,结合碳、氮同位素混合模型对沉积土壤碳源进行解析。【结果】利用¹³C和¹⁵N同位素特征及其元素组成（土壤有机碳和全氮）对辽西丘陵沟壑区侵蚀沉积物土壤有机碳进行了定性和定量鉴定。辽西丘陵沟壑区小流域沉积物中有机碳主要来源为耕地,其次是沟渠、草地和林地。耕地贡献平均为58.75%,沟渠25.49%,草地6.49%,林地9.2%。【结论】碳氮稳定性同位素模型作为一种重要的“指纹”工具可以成功应用于辽西丘陵沟壑区小流域沉积土壤碳来源定性及定量的分析。研究成果可以为受水力侵蚀的小流域的土壤保护和养分流失控制以及维持生态系统的可持续性提供理论参考。     

鲁山县土地利用变化对地表径流的影响

在遥感和地理信息技术的支持下,应用SCS水文模型,研究了鲁山县1992年和2006年间土地利用变化及其对地表径流深度的影响。结果表明:土地利用变化表现在交通用地、工矿及居民点、耕地面积增加,林地、水域面积减少。随着人类活动的加剧,土地利用结构的变化,尤其是城镇工矿用地增加和林草地减少使径流量趋于增大。在假设降雨量一致的情形下,地表径流深增加了0.364 mm。     

新疆于田县20a土地利用和覆被变化及预测

基于2000、2005、2010、2015和2020年5期遥感影像数据和社会经济数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵和Markov-FLUS模型,探究了于田县2000—2020年土地利用和覆被变化及其2030年演变趋势。结果表明：于田县主要土地利用类型是未利用地。2000—2020年,耕地、草地、水域和建设用地呈增加趋势,林地、冰川和未利用地呈减少趋势。各土地利用类型变幅程度不同,其中建设用地变幅最大。耕地和建设用地持续增加,主要来源是未利用地;2030年在惯性发展情景下,耕地和建设用地将大幅度增加,林地、水域和冰川变化微弱,草地和未利用地大幅度减少;而在生态保护情景下,耕地和建设用地的扩张将得到制约,增加幅度明显降低,林地、草地和水域面积全部呈增加趋势且增加幅度上升。     

基于SWAT模型的半城子水库流域径流模拟

该文应用分布式水文模型(SWAT模型)对半城子水库流域的径流状况进行模拟研究,并重点探讨森林植被变化对水文生态响应的影响。对半城子水库流域1990—1999年期间年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对2000—2006年的月径流进行验证模拟。结果表明,该模型适用于半城子水库流域的径流模拟,且精度较高。然后基于SWAT模型的模拟分析结果,应用GIS的空间分析功能,分析了半城子水库流域在1990、1995、2000和2005年的径流分布以及不同土地利用类型对水文响应影响的贡献。结果表明,降雨和土地利用变化对径流产生了较大的影响。降雨较多的月份,产生的径流也较大;降雨较少的月份,产生的径流也较小。土地利用的变化主要表现在灌木林和针叶林面积的减少和阔叶林面积的增加,相应的水文变化表现为径流量的减少。其中,针叶林和针阔混交林产生的径流量最大。     

CMIP5RCP情景下汉江上游流域径流对气候变化的响应

以汉江上游流域为研究流域,建立SWAT分布式水文模型,以黄家港站1981—1990年月径流数据对模型进行校准和验证。采用CMIP5模式RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5情景下的输出数据集,利用率定好的SWAT模型模拟未来气候变化对研究流域径流的影响。结果表明,不同RCP情景下2021—2050年汉江上游流域平均气温、降水量、径流量较基准期都呈增加趋势,增幅从大到小依次为RCP8.5、RCP 4.5、RCP 2.6,并且降水量的增幅均大于径流量的增幅。3种情景下冬季降水量和径流量均呈增加趋势,且增幅较大;春季降水量和径流量均呈减少趋势,RCP 4.5和RCP 8.5情景下减幅较大;夏季和秋季降水量和径流量均呈增加趋势,RCP 8.5情景下增幅较大,RCP 2.6情景下增幅较小。     

不同气候变化情景模式下淮河上游径流响应研究

运用SWAT模型定量分析2种不同气候变化情景模式(气温+2℃,降水量+5%)下淮河上游径流响应,结果表明院SWAT模型在淮河上游径流模拟具有较好的适用性,模型模拟的径流相对误差小于10%,确定性系数达到0.8以上,模型可用来定量模拟淮河上游不同气候变化情景模式下径流响应;气温升高2℃,流域径流量减少6.67%,降水增加5%,流域径流量增加7.56%。研究成果对于淮河上游水资源保护和利用具有参考价值。     

陕北黄土高原退耕还林还草工程固碳效应研究

以陕北黄土高原为研究区,利用InVEST固碳功能评价模块,定量评价了退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区碳固定效益的影响.结果表明:研究区2000—2010年草地、灌丛、林地面积分别增加了3204.0、285.3和122.7 km2,耕地面积减少了3984.5 km2,退耕还林还草工程土地覆被变化显著.研究区10年间碳固定能力整体提升,其中,延安市境内各流域平均固碳增加量为3.3 t/hm2,固碳总增加量为13.3×106 t,榆林市境内各流域平均固碳增加量为4.0 t/hm2,固碳总增加量为14.5×106 t,退耕还林还草工程固碳效益显著.耕地、草地、荒漠向林地的转化固碳效益最大,其单位面积固碳增量达100 t/hm2以上,耕地向林灌草的转变使研究区固碳总量增加达3405.77×104 t,其中73.37％的总固碳量比重来自耕地向草地的转化.通过生态系统碳固定重要性分级和空间分区为退耕还林还草工程的科学实施、维持区域碳平衡和碳达峰,保障区域民生福祉具有重要的指导意义.     

气候和土地利用变化对松华坝流域水资源的相对作用研究

以云南省滇池松华坝流域为研究对象,利用分布式水文模型(SWAT)探讨了气候和土地利用变化对河道径流和总氮的影响及对水资源变化的相对作用,模拟分析了气候变化背景下两者相对作用程度的变化。结果表明:气候是流域内河道径流变化的主要原因,贡献率为63.1%～96.6%。土地利用对河道径流变化的影响整体上偏小,但是差异较大;在降雨减少或不变时土地利用的贡献率为12.2%～36.9%,在降雨增加时贡献率为3.4%～5.2%。从土地利用类型的变化来看,耕地减少和草地增加可增加河道径流量,反之则减少。气候和土地利用变化都是影响水体总氮变化的主要原因,贡献率分别为68.2%和68.5%,而两者对水体总氮的影响在不同时期差异较大。当总氮数量变化较大,或者减少量超过40%时,土地利用的贡献率比较大,而当总氮负荷增加或者减少幅度较小时,气候的贡献率比较大。土地利用类型和总氮变化量之间的相关性分析表明,耕地面积与总氮变化显著正相关(r=0.814),草地面积与总氮变化显著负相关(r=-0.895),而林地面积与总氮变化相关性不显著。     

基于RS和GIS的大通县土地利用/覆被变化特征研究

利用1995年和2005年两期TM遥感影像,综合利用RS和GIS技术,研究了大通县实施退耕还林政策以来从1995年到2005年10年期间土地利用/覆被时空变化特征.结果表明:大通县土地利用/覆被类型及面积变化明显,林地、水域及建设用地呈现增长趋势,其中林地增长最显著,成为最大的土地利用/覆被类型;草地总面积呈现减少趋势,但高覆被草地面积明显增加;耕地及未利用地均呈减少趋势;不同土地利用/覆被类型之间的转换很强烈,相互转换面积186 894.97hm2,占总面积的60.18％,其中草地转出为林地面积达68 040.88hm2,占发生转变总量的36.41％.研究结果可为该区退耕还林工程的管理和决策提供科学依据.     

退耕还林还草工程对土地利用/覆被变化及景观格局的影响——以张家口市为例

以张家口市为例,根据1989、2000和2010年3期Landsat TM遥感数据,利用土地利用变化模型,景观指数以及GIS技术,系统分析了土地利用/覆被及其景观格局的变化过程和规律,探讨了退耕还林还草工程对土地利用/覆被变化及其景观格局的影响。结果表明,1989—2010年张家口市土地利用结构由以耕地和草地为主,转变为以林地和草地为主。2000年退耕还林还草工程实施以来,耕地减少幅度增加,动态度指数由-0.27%变为-0.83%,林地增加幅度加大,动态度指数由0.56%变为1.39%,草地在数量上表现为减少。退耕前,耕地主要转为草地,退耕后,耕地主要转为林地,耕地转为林地的比例由退耕前的22.50%增加为退耕后的45.46%,退耕后684.85km2的草地转为林地。期间,研究区景观格局趋向均衡化,景观多样性降低,景观破碎化程度上升,景观形状趋于简单。这主要是由于经济建设等人类活动对土地利用和景观格局的干扰程度变大所致。     

京津冀城市群土地利用/覆被时空格局变化

基于Landsat TM/ETM影像人工目视解析与MODIS全球植被指数产品数据掩膜计算京津冀城市群2003—2015年土地利用/覆被变化数据,定量分析土地利用与植被覆盖比率转换情况。研究结果,京津冀城市群土地利用变化面积较大,城镇建设用地面积增速快,且主要来源为耕地。城市群年均植被覆盖度总体略有增加,退耕还林、还草及部分城市发展植被覆盖大幅增长是其主要原因。林地、草地、湿地与城镇建设用地互相转换面积情况严重,限制了植被覆盖总量的提升。建议强化政府耕地保护责任,构建土地资源合理配置长效机制,完善区域性生态建设补偿机制,以进一步推动城市群健康可持续发展。     

阴山北麓地区土地利用/覆盖及景观格局变化分析

利用1989年和2002年生长季的Landsat TM/ETM+卫星遥感数据,采用非监督分类方法,处理并提取阴山北麓地区土地利用/土地覆盖的相关信息,在地理信息系统(GIS)支持下,开展景观格局变化的空间分析。结果表明:①耕地、灌木林地、高覆盖草地和中覆盖草地是这一地区土地利用的主体类型。从相对动态度来看,未利用土地类型是景观格局中变化程度最剧烈的单元;从绝对动态度来看,中覆盖草地类型对阴山北麓地区的土地利用/土地覆盖变化的贡献最大。②从土地利用转化矩阵来看,研究区的耕地、林地、灌木林地、低覆盖草地和未利用地类型都明显增加,高覆盖草地和中覆盖草地类型显著减少,而水体和城镇用地占地面积小,变化不明显。③1989～2002年,研究区斑块密度、边界密度都有所增加,聚合度减少,说明在这13年间这一地区景观破碎化程度加重,多样性指数减少,说明景观类型呈现单一化趋势。