基于RUSLE模型的妫水河流域土壤侵蚀时空变化特征

[目的] 为揭示流域土壤侵蚀时空变化特征并开展可持续流域治理工作。[方法] 基于妫水河流域1995—2018年降雨、土壤、数字高程模型及土地利用数据,采用GIS技术与RUSLE模型的方法定量分析妫水河流域土壤侵蚀时空特征,并对流域土壤稳定性进行评价。[结果] (1)1995—2018年,流域内林地和草地面积均呈下降的趋势,2018年林地和草地面积分别为4.41×10⁴,0.84×10⁴ hm²,较1995年分别下降13.52%和10.61%。耕地面积由1995年的3.53×10⁴ hm²增加至2018年的4.07×10⁴ hm²。建筑用地面积逐渐增加,由1995年的0.59×10⁴ hm²增加到2018年的1.90×10⁴ hm²。(2)妫水河流域内土壤侵蚀模数呈波动性变化,由1995年的8.71 t/(hm²·a)降至4.56 t/(hm²·a)后,于2018年升至11.07 t/(hm²·a)。(3)妫水河流域土壤侵蚀强度以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,1995—2015年,土壤侵蚀强度逐渐降低并保持稳定,中度及以上土壤侵蚀面积比例由4.95%降至3.05%,2018年后升至7.42%。(4)妫水河流域在研究时段内土壤稳定性降低,不稳定土壤面积升高。[结论] 妫水河流域城市化的进程中,林草覆盖度略有降低;土壤侵蚀强度整体下降,但在后期略有提高;不稳定土壤所占面积较少。研究结果可为妫水河流域综合治理及土地利用规划提供依据。     

FLUS-CSLE模型预测黄土高原典型流域不同土地利用变化情景土壤侵蚀

流域土壤侵蚀预测对于了解未来土壤侵蚀发展趋势，制定未来水土保持治理策略具有重要意义。为了提出一种适用于黄土高原地区的易于评估未来不同土地利用管理策略的土壤侵蚀预测方法，本研究基于地形、降雨、土壤、遥感影像数据，完成韭园沟流域2010-2020年的土地利用空间分布解译，并计算历史时期（2010-2020）的土壤侵蚀模数，基于FLUS模型完成流域2025年土地利用分布状况预测，以此为基础获得未来植被覆盖措施因子B和耕作措施因子T，结合CSLE模型预测2025年自然发展、经济增长、生态保护3种不同土地利用变化情景下土壤侵蚀状况。结果表明：1）韭园沟流域土地利用类型主要为草地（面积占比62.23%）和林地（28.41%），其次是耕地、建筑物和水体，在2010-2020年期间土地利用空间分布格局经历了较大变化，林、草地面积增加8.36%，耕地面积减少30.3%。2）流域2010、2015、2020年这3 a间土壤侵蚀模数平均值分别为19.49、15.83、20.7 t/(hm2·a)，整体呈现先降低后增加的趋势，不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小为耕地（40.56 t/(hm2·a)）、草地（18.79 t/(hm2·a)）、建设用地（10.25 t/(hm2·a)）、林地（8.02 t/(hm2·a)）。3）在积极的生态保护情景下，2025年林、草地面积相比自然发展和经济增长情景分别增加1.63%、5.06%，耕地面积相比自然发展和经济发展分别减少1.2%、14.73%。4）2025年流域自然发展、经济增长、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为24.3、22.9、18.3 t/(hm2·a)。采取积极的生态保护情景发展模式，建设用地面积适度扩张可以兼顾生态保护和经济发展的需要。该研究为流域未来的土地利用规划以及水土保持治理提供了参考，同时提供了一种快速、高效的不同土地利用情景土壤侵蚀预测方法。     

海河流域农村生活非点源污染负荷量估算及环境风险分析

分别建立了农村生活污水、生活垃圾和人体粪尿输出系数模型,从省级行政区和水资源三级区2个层面分别估算了海河流域农村生活各类污染物负荷量及比例。2007年,海河流域农村生活非点源污染负荷总量TN322×104t·a-1,TP62×104t·a-1,COD210×104t·a-1。其中,生活污水污染物负荷量TN3×104t·a-1,TP0.36×104t·a-1,COD30×104t·a-1;人体粪尿污染物负荷量TN278×104t·a-1,TP48×104t·a-1,COD180×104t·a-1;生活垃圾污染物负荷量TN41×104t·a-1,TP14×104t·a-1。从各省来看,在农村生活非点源污染负荷总量中,河北省所占比例最大,为57.69%,这是由河北省农村人口数量最多决定的。从水资源三级区来看,在农村生活非点源污染负荷总量中,徒骇马颊河平原所占比例最大,为15.54%;其次是黑龙港及运东平原,占11.57%。在非汛期,农村生活非点源污染的影响微乎其微;在汛期,特别是发生强降雨时,农村生活非点源污染对水体污染构成一定的威胁,尤其以生活垃圾的环境风险最大,这是由目前生活垃圾的处理和堆放方式决定的。     

峨庄流域土壤侵蚀时空变化特征

以淄川水土保持生态修复区峨庄流域为研究区域,综合运用"3S"技术和水土保持相关理论与方法,对1990年和2005年峨庄流域土壤侵蚀格局与动态进行了系统研究.结果表明:15年来峨庄流域的土壤侵蚀综合防治效益日趋显著;流域土壤侵蚀类型为水力侵蚀,土壤侵蚀强度以轻度侵蚀为主,局部区域存在中度和强度侵蚀;土地利用、植被盖度、坡度等环境因子对流域土壤侵蚀影响密切.研究成果可为优化水土保持措施提供决策依据和技术支撑.     

水利工程对年楚河流域农业水资源利用效率和作物生产力的影响

水库是水资源调配的主要举措之一，影响着流域生态水文过程和农业生产。满拉水库作为"西藏第一坝"，其兴建与运行对青藏高原的水资源管理与农业发展都具有重要意义。该研究以满拉水库所在的年楚河流域为例，结合SWAT水文模型与遥感影像，分析了满拉水库蓄水量变化。基于农田水量平衡原理，利用植被界面过程模型（Vegetation Interface Processes，VIP）模型估算了水库调度下流域耕地总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）的变化。采用岭回归定量分析了人类活动（水库灌溉）、气候因子（气温、降水、辐射）以及大气CO2浓度对流域GPP变化的影响。结果表明：1）自满拉水库修建以来，年楚河径流量减少3.78×109 m3/a，其中，66%的水量经由水库调蓄补给灌溉。2）2000-2019年，流域内耕地多年平均GPP在143～852 gC/(m2·a)之间，90%以上耕地的GPP呈上升趋势，平均上升速率为5.3 gC/(m2·a2)，其中67%以上的区域上升趋势显著（P<0.05）。3）灌溉量增加和大气CO2浓度上升对耕地GPP上升的贡献率分别为43.9%和25.1%，是GPP增加的主导因素。满拉水库的修建不仅显著改变了流域的生态水文过程，更提高了下游农业灌溉水平和作物生产潜力，研究结果对年楚河流域水资源配置及农业规划具有科学参考价值。     

黑河流域水循环特征研究

为了系统地研究黑河流域的水量平衡,该文应用Penman-Monteith模型和波文比公式估算黑河流域的蒸散发量,并结合流域的流量观测与已有的研究成果,首次将流域的大气输送水量与地面水循环结合起来研究分析:黑河流域上空大气水汽输送净收入量约288亿m³;上游山区为多降水中心,成为河流的发源地,降水总量约有141.68亿m³;中下游内陆盆地成为低降水极值中心,降水总量约有55.13亿m³;黑河流域总蒸散量约为195.6亿m³,其中在上游山区蒸散约95.44亿m³的水分,中下游蒸散损失的水量达到100.16亿m³。结合黑河流域水资源量的时空变化情况,从分析内陆河水循环主要环节出发,揭示了黑河流域水循环在山区形成水资源、在中下游内陆盆地散失水资源的特征。     

岔巴沟流域三维地貌多重分形特征量化

流域三维地貌形态的科学量化研究是地貌学研究和流域土壤侵蚀模型研究中的热点问题之一。该文针对流域三维地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,根据多重分形理论,构建了基于GIS的流域三维地貌多重分形计算模型及其实现方法;并以此为基础,结合流域数字高程模型(DEM),计算分析了岔巴沟5个研究子流域的三维地貌多重分形谱及其主要参数,探讨了流域三维地貌多重分形特征及其流域地貌表征意义。研究结果表明,该文建立的基于GIS的流域三维地貌多重分形计算模型可实现流域三维地貌多重分形谱及其特征参数的直接量化;岔巴沟5个研究子流域的三维地貌具有显著的多重分形特征;流域三维地貌多重分形谱及其主要参数可以更加敏感、更加全面地对流域三维地貌的总体特征进行描述,能够分层次地刻画流域内部的精细结构,从而更加突出地表现异常局部地貌变化特征。该文研究成果为流域三维地貌复杂形态的科学准确量化研究提供了一种新思路和新方法。     

海南昌化江下游流域土壤侵蚀分布特征研究

以GIS为平台,通过1998年及2008年两期遥感影像和修正的通用土壤流失方程(RUSLE),按照土壤侵蚀强度分级标准,对海南昌化江下游流域土壤侵蚀量进行了计算。采用GIS的叠置分析功能,进一步分析了土壤侵蚀与坡度和土地利用之间的关系。结果表明:极强烈侵蚀和强烈侵蚀主要发生在天然林区,两期测算结果侵蚀量所占比例分别为48.59%和47.25%;人工植被区域因不同的规划和管理措施不同而呈现不同的变化趋势,人工林土壤侵蚀面积在下降,而果园土壤侵蚀面积却在进一步增加。坡度在15°～25°时土壤侵蚀模数最大,8°～15°和5°以下区域土壤侵蚀情况亦不容乐观。此研究方法与结论可为该地区的土地利用规划和水土保持措施布控提供科学依据。     

白洋淀流域浅层地下水硝酸盐分布及来源的区域分异特征

白洋淀位于雄安新区规划的核心范围，地下水是白洋淀流域主要的用水水源。由于白洋淀上游工业、生活污水的排放和农田肥料过量施用等农业面源引起的硝酸盐污染来源多样，使得流域内地下水硝酸盐污染较为普遍。然而，目前对全流域尺度地下水硝酸盐分布特征及来源仍不明晰。本文在分析过去近10年地表水和地下水硝酸盐数据的基础上，于2016年12月采集了平原区浅层地下水样品，结合水化学和硝酸盐氮同位素，从全流域尺度解析浅层地下水硝酸盐污染分布的时空差异和不同来源氮对地下水硝酸盐影响的程度。研究表明：山区典型流域河谷沉积带地下水硝酸盐浓度高值主要受农村厕所粪污水和局地污水排放影响（最高达313 mg·L^-1），而历史时期农田有机肥施用是近年来地下水硝酸盐普遍升高的原因；雨季降水淋滤作用使地下水硝酸盐浓度明显升高，硝酸盐超标率大于旱季的2倍以上。平原区地貌类型控制着不同来源地下水硝酸盐的空间分布和迁移转化。2016年12月平原区130个浅层地下水硝酸盐超标率为21.5%，从上游到下游不同地貌类型地下水硝酸盐浓度中值呈现下降趋势：洪积扇（42.4 mg·L^-1） > 冲洪积扇（24.1 mg·L^-1） > 冲洪积平原（6.0 mg·L^-1）和河道带（6.2 mg·L^-1），而硝酸盐氮同位素中值呈现上升趋势：洪积扇（12.8‰）和冲洪积扇（11.3‰） < 冲洪积平原（16.7‰） < 河道带（20.9‰），说明从上游到下游地下水硝酸盐反硝化作用增强。其中山前平原洪积扇和冲洪积扇地区渗透性较好，地下水硝酸盐超标率高达33.3%和34.0%，主要来源于污水和有机肥。湖泊洼淀区典型生活和工业污水河周边，地下水硝酸盐则存在工业、生活和化肥多污染源并存的特征，且随着地表治污措施的影响地表水和地下水硝酸盐浓度变化较大，污水侧渗导致河道周边地下水硝酸盐浓度较高，距河道较远含水层强烈的还原条件使地下水硝酸盐浓度降低（<10 mg·L^-1），污染风险较低。鉴于以上不同区域地下水硝酸盐脆弱性程度和风险水平的差异，提出了对白洋淀流域上游山区、山前平原洪积/冲洪积扇区、湖泊洼淀污水影响区等硝酸盐脆弱区实施区域分异农田面源污染和水环境整治及管理的建议，为雄安新区水环境安全保障提供科学依据。     

基于SWAT模型的根河流域蒸散量时空分布特征

为了研究根河流域38年间蒸散(ET)、潜在蒸散(PET)的年际、年内变化过程及空间分布格局,基于SWAT模型分析了各气象要素与蒸散的相互关系。结果表明:(1)根河流域1980—2017年ET值、PET值整体呈增加趋势。(2)根河流域ET与PET的年内变化总体上均呈先增大后减小的单峰型分布。(3)根河流域的ET值在空间上呈现流域上游高,中下游低的分布格局; PET值在空间上呈现西南>东北>东南的分布规律。(4)根河流域的生长期、完全冻结期、融冻期ET值均呈现增加趋势,始冻期ET值呈降低趋势,4个时期平均ET值差异性表现为生长期>融冻期>始冻期>完全冻结期。(5)根河流域多年ET值在不同土地覆被类型的大小为林地>草地>耕地>建设用地>沼泽地; 而PET的排序为耕地>建设用地>林地>草地>沼泽地。(6)根河流域蒸散量与降水量和气温呈显著正相关。研究结果对根河流域的蒸散量变化及其冻融作用对当地的影响有着重要的参考意义。     

澜沧江流域干旱变化的时空特征

干旱是澜沧江流域的突出自然灾害,研究气候变化背景下的流域干旱变化特征具有重要科学意义与应用价值。该文基于澜沧江流域及其周边35个气象站点1960－2005年的日降水数据,利用多时间尺度下的标准化降水指数（SPI）分析了流域干旱变化的时空特征。研究发现,主成份分析与K-means聚类的多元统计方法可分别将流域在空间上分为4个具有不同干旱演化特征的区域,2种分区方案具有很高的空间一致性。对划分的4个区域典型站点的小波分析表明,流域干旱变化的周期一般在3～6 a。研究结论可为相关部门的决策提供参考。     

喀斯特流域径流侵蚀力的时空分异及其对岩溶特征因子的响应

[目的] 西南喀斯特区土壤侵蚀问题十分突出,严重影响着区域社会经济的可持续发展。而喀斯特流域特征环境因子如何影响土壤侵蚀的直接驱动力—径流侵蚀力,目前尚不十分明晰。[方法] 以西南喀斯特地区的野纪河流域为例,基于流域出口水文站长系列高频实测数据,采用水土评估工具(SWAT)和偏最小二乘模型(PLSR)评估了2005—2020年流域径流侵蚀力的时空演变特征,解析了主要喀斯特环境因子对径流侵蚀力的影响。[结果] 流域多年平均径流侵蚀力为2 326.47 m⁴/(km²·s),并具有较强的空间异质性,2005年径流侵蚀力高值主要分布北部和中部,而2010—2020年,径流侵蚀力高值区逐步向中南部转移。时间上,受益于岩溶区"十一五"以来坡耕地水土流失综合治理、石漠化综合治理等生态修复工程的实施,野纪河流域径流侵蚀力总体上呈降低趋势。岩性、基岩裸露、坡度是影响野纪河流域径流侵蚀力变化的主导控制因子,对径流侵蚀力时空分异的共同解释度达57.7%。[结论] 研究结果可为喀斯特流域水侵蚀导致的水土流失综合防治提供理论参考,有助于制定更加精准和有效的政策和措施,改善喀斯特区生态环境,促进该地区的可持续发展。     

安大略流域磷与悬移质泥沙的关系

通过对加拿大大湖流域每年收集农耕地地表水进行水质分析研究,用文件证明和每年悬移质泥沙沉积体积来统计每年磷和悬移质泥沙含量的比率对应单位面积悬移质泥沙含量。得出回归方程式：ｙ＝１８．８３ｘ－０·３２９,其复相关系数ｒ２为０．６２。该方程式表明了磷和悬移质泥沙含量的比率与单位面积悬移质泥沙含量之间具有一定的密切关系,它与流域大小无关。资料数据点与回归线间适应性差异,可能由于流域生产力或泥沙含量及不同研究方法影响的结果。该方程能在已知泥沙含量的情况下有效地预测磷的含量。从农耕地上产生的径流对地表水来说是一个丰富的养分和污染来源,也是农业污染的关键所在。这个问题在安大略西南部已被许多研究资料所证明,但是都没能得到有效地控制和很好地解释。     

雅鲁藏布江流域干湿转换特征及植被动态响应

为准确识别气候变化条件下高寒流域干湿特征及植被动态响应,该研究以青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域为例,基于全球陆面数据同化系统(global land data assimilation system,GLDAS)数据集,计算标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI),结合归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)探讨了雅鲁藏布江流域干湿转换特征及其对植被的影响。结果表明:GLDAS的降水与气温数据与实测数据一致性较好,可以用于分析雅鲁藏布江流域干湿转换特征;1982-2015年间雅鲁藏布江流域总体呈现湿润化趋势,但2000年前后流域干湿时空特征发生反转现象,即时间上,2000年以前流域呈现湿润化趋势,2000年以后呈现干旱化趋势,空间上,流域内干旱地区逐渐变湿,湿润地区逐渐变干;流域内约71.83%的区域SPEI与NDVI呈正相关,流域植被受流域干湿条件影响较大,降水和气温是植被动态变化的主要驱动因素;流域内92.17%以上的区域SPEI与土壤含水量呈极显著正相关,表明土壤含水量亦是影响流域干湿特性不可忽视的因素。该研究结果可为辨识高原及高寒区水循环变化过程及其驱动机制提供科学依据。     

柴河小流域表层土壤盐分的分布特征

采用GPS定位系统,于2011年10月在柴河小流域采集表层土样50个,结合传统统计学方法和ArcGIS地统计学法分析了柴河小流域表层土壤盐分及钙镁离子含量的空间变异特征。结果表明,研究区表层土壤盐分及水溶性钙镁离子呈对数正态分布;柴河流域表层土壤盐分与水溶性钙镁离子、全氮、全磷及有机质呈显著正相关关系;结合柴河小流域高程南高北低的趋势,土壤盐分和土壤钙离子在低洼处均较高,表现出较强的迁移性。     

浅谈九华沟流域生态农业建设的技术路线

九华沟流域 1996年列入甘肃省重点建设工程。治理前 ,该流域农业生态系统结构单一 ,不能形成系统的生态平衡 ;由于水土流失严重 ,侵蚀模数为 5 40 0t/(km2 ·a) ,自然资源利用率低下 ,经济发展缓慢。治理路线以小流域生态经济系统理论为指导 ,调整流域产业结构 ,退耕还林还草 ,改善生态环境 ,发展生态农业 ,以草促牧 ,以牧养农 ,以副促经济发展 ,提高物质循环和能量转化。在治理上推广立体配套治理模式 ,农业发展“12 1”雨水集流工程 ,林业重点经济林果 ,充分发挥科技先导作用 ,开发水土保持产业化 ,提高系统对光、热、水等自然资源的利用率。促进了小流域生态经济系统的能量循环 ,为同类地区的治理开发、资源的永续利用 ,建设生态农业提供了样板。     

岔巴沟流域地貌形态分形特征量化研究

分形理论和方法为地貌学的非线性研究开辟了新的思路。本文基于分形基本理论和GIS技术,对地处黄土高原丘陵沟壑区第一副区的岔巴沟流域地貌形态分形特征进行了量化研究,提出了流域地貌形态特征分形信息维数的计算模型和方法,并依此获得了岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数。研究表明,岔巴沟流域及各支流域的地貌形态特征分形信息维数均小于1,且与流域面积保持很强的正相关;分形信息维数揭示了流域地貌形态复杂本质的量化特征,为黄土高原小流域侵蚀产沙预报模型中宏观地貌形态因子的量化提供了新的思路和方法。     

基于SWAT模型的西辽河流域自然湿地演变过程及驱动力分析

基于SWAT模型模拟、景观转换分析、地理探测器计算等方法,使用气象观测、数字高程模型、土地利用遥感监测、植被指数等数据,以西辽河流域为研究对象,划定流域边界,分析1980-2015年西辽河流域的面积变化和景观动态变化特征,研究自然和人为因素对湿地变化的驱动效应。结果表明：1980-2015年西辽河流域湖泊和沼泽面积均呈下降趋势,多数土地利用类型侵占过沼泽和湖泊,其中耕地侵占的面积最大;1980年以来西辽河流域经历了干-湿-干的变化过程,大部分时间为干生生境;2000-2015年西辽河流域沼泽湿地生长季NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）平均为0.30,年GPP（Gross Primary Productivity）平均为257.73 g/(m2·a),均呈极显著上升趋势;湖泊面积、沼泽湿地面积和径流深度的变化与降水量和蒸散量的相关关系极显著,NDVI和GPP与生长季积温的相关关系极显著;自然因素对湿地变化的影响要大于人为因素,降水量是西辽河流域湿地变化的主要控制因子,降水量和蒸散量的协同作用对湖泊、沼泽和径流深度变化的驱动能力q＞0.70。该研究可为湿地农业综合开发和可持续发展提供科学参考。     

草海流域土壤侵蚀特征研究

应用地理信息系统软件的空间分析功能,从土壤侵蚀空间分布特征和流域平均土壤侵蚀模数的角度对草海流域土壤侵蚀现状进行了分析,并提出了水土保持建议.研究表明:草海流域土壤侵蚀面积占流域总面积30.58％,以轻度侵蚀为主,草海流域平均土壤侵蚀模数为870t/km2·a,属于轻度侵蚀地区,中度以上侵蚀主要分布在西南部、东部、南部...     

松花江流域非点源氮磷负荷及其差异特征

为了研究松花江流域非点源氮磷污染负荷和差异,为水环境管理提供参考,该文运用数字高程模型（DEM）、2008年县级统计年鉴和土地利用等数据,基于遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术,利用输出系数模型（ECM）,对松花江流域非点源污染进行了空间模拟和负荷估算,并对流域内非点源污染差异特征进行了分析。结果表明,2008年松花江流域的总氮（TN）负荷为112.99×104 t,总磷（TP）负荷为4.05×104 t。其中,嫩江子流域TN和TP负荷最高,分别为52.08×104 t和1.79×104 t,分别占总量的46.09%和44.14%;第二松花江流域TN和TP负荷强度最高,TN负荷强度2.96 t/(km2·a),TP负荷强度 0.11 t/(km2·a)。从非点源成因角度分析,人为原因产生的非点源TN和TP负荷分别为95.92×104 t和3.40×104 t,分别占总量的83.90%和83.94%。人为原因是松花江流域非点源TN和TP产生的关键,天然原因也不容忽视。研究结果为总体上了解松花江流域非点源污染和水环境管理提供参考。