大通河流域土地利用/覆被变化的水文响应

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用gis信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。

介绍了土地利用/覆被变化的主要形式,分析了土地利用/覆被变化对河流的水文情势、水质、泥沙、河流生态系统的结构、功能和生物多样性的影响,为生态保护提供技术指导。

利用遥感图像、1980年和2000年landsattm影像数据,用分类统计方法、分段比重百分比指标法分析渭河流域土地利用及覆被变化空间分布和转移情况。以清源河小流域为研究实例,用分类水文模型对其进行了模拟。结果表明,黄土高原土地利用及覆被变化对流域年径流有显著影响,即:对径流的影响表现为季节性特征明显;对暴雨形成的洪水过程有延时效应。

为定量分析内陆河干旱区流域土地利用/覆被变化过程和流域水文循环二者的响应关系,选择新疆开都河流域为研究区,设置了多种土地利用/土地覆被的变化情景,并通过swat模型对流域地表径流进行了模拟,结果表明校准期模型的相对误差、纳什效率系数、线性拟合系数分别为-20.13%、0.78、0.82,验证期分别为-18.94%、0.81、0.85,均达到了建立模型所需的标准,模拟结果可信。假定气候条件不变,设定不同土地利用/覆被变化情景进行模拟,结果表明:(1)当流域草地及林地退化为裸地或人工表面时,开都河流域月均流量变化最大,且丰水期流量增大,枯水期流量减小,其中6月流量增大39.55%,10月减小55.35%；(2)当流域林地退化为草地时,流域月均流量整体变化不大,其中4月增加最多,增加1.46%,12月流量减小最多,减小1.05%；(3)当流域裸地及人工表面逐步恢复为草地与林地时,流域月均流量大多减小,其中2月减小最多,为8.00%,10月流量增大最多,为1.01%。

[目的]研究我国东南沿海小流域土地利用/覆被变化的水文效应,为该区水土资源合理配置和可持续发展提供科学依据。[方法]以东南沿海福建省晋江山美水库集水区为例,运用swat水文模型。[结果](1)研究区土地利用变化表现为林地转向园地和建设用地、耕地转向建设用地的特征。(2)固定其他条件,将构建的模型2006年土地利用数据替换为1995年,对比分析发现2000—2010年全流域和典型子流域的年径流深增加,洪水期平均径流增加,枯水期径流基本减少。(3)从全流域空间角度看,径流量均增大,特别是研究区西部地区和东南部地区;同时径流量变率增大,稳性减小。(4)园地、林地、建设用地和水田是驱动区内水文变化的主要因子。[结论]研究区土地利用与覆被变化导致\"洪水量更大,枯水量更小\"的径流变化趋势。河川径流的变化受各地类变化的组合叠加效应影响,这种叠加效应还须进一步研究。

土地利用/土地覆被变化改变了地表生态系统组成结构,影响着生态系统功能,威胁着区域生态安全。本文以辽河流域的浑河-太子河流域为研究区,探讨了流域空间尺度上的lucc特征及其所带来的生态效应。研究表明,不同的生态指标对lucc的响应程度略有不同:(1)从景观生态格局角度看,反映生态系统斑块形状特征的景观指数对lucc的响应较弱,而对生态系统斑块之间关系的景观指数对lucc的响应较强。2007年与1992年相比,shdi呈现出变大的趋势,分别反映出各生态类斑块呈均衡化状态变好。contag呈现出变小的趋势,反映出优势生态景观类型的破碎化程度有所增加。(2)从生态功能效应角度看,2007年与1992年相比,lucc使得植被覆盖度、水土保持能力等单因子生态功能效应指标呈现出变好的特征;综合考虑生态系统供给、调节、文化与支持功能的综合生态功能效应呈现出持平的特征。

以洮河流域为研究区，基于swat模型模拟，从多年平均径流、典型年径流和径流波动性等3方面探讨土地利用变化对河川径流过程的影响．结果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用变化背景下，上游甘南片区径流量减少、下游黄土片区径流量增加；土地利用变化对上游枯水年径流和下游丰、平水年影响较大；对洮河上游甘南片区径流波动有微弱抑制，使洮河下游黄土片区的径流波动有一定的增强．

以洮河流域为研究区，基于swat模型模拟，从多年平均径流、典型年径流和径流波动性等3方面探讨土地利用变化对河川径流过程的影响．结果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用变化背景下，上游甘南片区径流量减少、下游黄土片区径流量增加；土地利用变化对上游枯水年径流和下游丰、平水年影响较大；对洮河上游甘南片区径流波动有微弱抑制，使洮河下游黄土片区的径流波动有一定的增强．

基于土地利用空间分析指标和图谱方法,利用五期土地利用数据,结合gis和rs技术,得出南四湖流域1990?2010年土地利用/覆被变化的时空特征:(1)1990?2010年南四湖流域土地利用方式以耕地、城乡建设用地和水域为主,流域土地利用类型的分布与流域内地形密切相关。(2)近20年流域综合土地利用动态度为0.39%,总体变化速度较缓慢。其中,南四湖流域未利用地的减少速度最快,是该流域土地利用变化最独特的特征。(3)流域内各土地类型存在着不同程度的相互转换,城乡建设用地占用耕地是各阶段土地利用类型转换的主要特点,集中分布在流域内的各个县域；82.39%的未利用地在1990?1995年转化为人工水域,主要分布在南四湖湿地自然保护区；耕地与林地和草地之间的相互转换主要发生在流域东部的多山地丘陵地带。

针对干旱区跨境河流域土地利用/覆被变化(lucc)研究薄弱、无法满足环境变化评价的问题,选择西天山跨越吉尔吉斯斯坦国和中国的阿克苏河流域为研究区,在遥感和gis的支持下,获取了近50a阿克苏河流域土地利用/覆被数据,并利用数理统计模型,对该流域lucc的过程、趋势及土地利用程度变化进行系统分析.结果表明:阿克苏河流域土地变化从前期(1960-1990年)的准平衡状态转变为后期(1990-2008年)的不平衡状态,土地类型也呈现出从双向转换向单向转换过渡,且不同类型差异较大;流域后期lucc的速度是前期的2.1倍,其中耕地和建设用地增加最快而沼泽地和盐碱地减少最快,草地变化速度最小.流域土地利用处于发展时期,且流域下游绿洲区域土地利用程度综合指数及其变化较大.政策调整、人类活动增强、气候变化以及径流变化是lucc的主要驱动因子.

以涪江桥流域为研究区域,采用swat模型模拟流域水文过程,将相同水文气象条件下1985和1995年2个时期土地利用情景的swat模型模拟结果与土地利用空间转化图相结合,分析土地利用变化引起的水文要素变化及其可检测性问题。结果表明:1985—1995年间涪江桥流域发生较为剧烈的土地利用变化,但并未检测到足够显著的水文要素变化；不同土地利用类型水文效应的相似性、不同土地利用类型水文效应差异性以及统计中和效应和统计均化效应是导致土地利用变化引起的水文要素变化难以检测的主要原因。在此基础上,提出了水文动态响应度指标,来消除统计中和效应。该指标可以在一定程度上帮助研究者了解研究区特定水文要素变化的相对剧烈程度。研究结果可为土地利用总体规划和流域水资源保护与合理配置提供参考。

以涪江桥流域为研究区域,采用swat模型模拟流域水文过程,将相同水文气象条件下1985和1995年2个时期土地利用情景的swat模型模拟结果与土地利用空间转化图相结合,分析土地利用变化引起的水文要素变化及其可检测性问题.结果表明:1985—1995年间涪江桥流域发生较为剧烈的土地利用变化,但并未检测到足够显著的水文要素变化;不同土地利用类型水文效应的相似性、不同土地利用类型水文效应差异性以及统计中和效应和统计均化效应是导致土地利用变化引起的水文要素变化难以检测的主要原因.在此基础上,提出了水文动态响应度指标,来消除统计中和效应.该指标可以在一定程度上帮助研究者了解研究区特定水文要素变化的相对剧烈程度.研究结果可为土地利用总体规划和流域水资源保护与合理配置提供参考.

土地利用及其覆被变化与区域生态环境息息相关,分析研究lucc对区域水环境的影响,对调整和改善当前土地利用现状具有重要指导意义。本文通过阐述lucc对区域水环境的影响机理,分析不同土地利用现状对水环境的影响,并对现阶段区域水环境的研究方法,水文模型和研究成果等方面进行总结,论述lucc对区域水文水资源影响的研究进展。

以沂河流域为例,在arcgis10.2中解译沂河流域2005年和2015年遥感影像,得到两期土地利用数据.并分析了2005-2015年沂河流域土地利用及其变化情况,以costanza生态服务价值计算方法为参考,分析了沂河流域生态服务价值变化情况.结果表明:研究区耕地面积显著减少,但生态服务总价值却从2005年的2338964万元上升到2015年的2427039万元,上升了约3.77％,这主要是由于林地面积的增加带来的较高的生态服务价值.

为了实现土地的可持续利用和生态的可持续维护,以藉河流域5期土地利用数据和构建生态系统服务评价模型为基础,运用马尔科夫模型对藉河流域的土地利用及生态服务价值变化进行评估,结果表明:研究时段内坡耕地、梯田、林地和草地的总面积占流域面积的90%以上,坡耕地面积逐期减少,梯田和林地面积增加;1975—2030年流域总的生态服务价值呈增加趋势,草地和林地占总价值比例达到70%以上;预测2020年和2030年流域的生态服务价值分别增加到5.499亿元和5.633亿元,1975—2030年间单项生态服务价值中土壤形成与保持、维持生物多样性、气候调节和气体调节4项占总价值的60%左右。

应用l-thia（long-termhydrologicimpactassessment）模型，模拟吉林省石头口门水库流域1986年至2000年的非点源污染负荷，定量评价土地利用／覆被变化对非点源污染负荷的影响。研究结果表明：1）1986-2000年期间，研究区土地利用／覆被变化的主要特点为：水田和旱田增加，草地和裸地减少；土地利用／覆被变化对非点源污染负荷的影响非常显著；2）1986年、1995年、2000年三个时段内研究区各非点源污染负荷呈现先增加后减少的趋势，泥沙和总氮的变化幅度较大，总磷的变化幅度相对较小；整个研究时段内表现为总磷的变化幅度大于泥沙和总氮；3）农田、林地、居民地的变化对非点源污染负荷影响明显，属于非点源污染的敏感区，其面积的较小变化均可引起污染负荷的较大变动；4）林地和草地转化为农田导致各非点源污染物负荷均增加，其中草地转化为农田的区域较小（5km^2），但导致总磷污染增加了255．52kg；农田变为居民地和林地导致污染负荷减少，林地转化为草地使得泥沙、总磷污染增加，总氮污染减少。

土地利用/覆被是水文过程模拟的关键参数,影响截留、入渗、蒸散发和地下水补给等过程,最终影响河道径流量.[目的]更好地了解不同精度的土地利用/覆被数据对水文过程模拟的影响.[方法]将黑河上游祁连山区3种具有不同分辨率、不同分类精度的土地利用/覆被数据(nlulc,nlulc-1km以及miclulc)分别输入swat水文模型中模拟黑河上游出山径流量,分析了模型率定前和率定后的模拟效果.[结果]将空间分辨率更高、土地利用/覆被分类较少的土地利用/覆被数据输入swat模型,能够减少模型校准的复杂度和工作量;模型校准后,分类程度越详细的土地利用/覆被数据对应的swat模型径流模拟效果越差;水文模型的校准过程会导致土地利用/覆被数据的空间分辨率对径流模拟的影响变小.[结论]在利用swat模型进行径流模拟时,输入分辨率高且分类较少的土地利用/覆被数据能够使模型模拟效果更好.

土地利用/覆被是水文过程模拟的关键参数,影响截留、入渗、蒸散发和地下水补给等过程,最终影响河道径流量。【目的】更好地了解不同精度的土地利用/覆被数据对水文过程模拟的影响。【方法】将黑河上游祁连山区3种具有不同分辨率、不同分类精度的土地利用/覆被数据（nlulc,nlulc-1km以及miclulc）分别输入swat水文模型中模拟黑河上游出山径流量,分析了模型率定前和率定后的模拟效果。【结果】将空间分辨率更高、土地利用/覆被分类较少的土地利用/覆被数据输入swat模型,能够减少模型校准的复杂度和工作量;模型校准后,分类程度越详细的土地利用/覆被数据对应的swat模型径流模拟效果越差;水文模型的校准过程会导致土地利用/覆被数据的空间分辨率对径流模拟的影响变小。【结论】在利用swat模型进行径流模拟时,输入分辨率高且分类较少的土地利用/覆被数据能够使模型模拟效果更好。

以钦江流域为研究对象,在gis软件的支持下,构建研究区swat分布式水文模型,以径流和泥沙实测数据对模型进行校准和验证,结果显示相关系数r2高于0.9,nash-sutcliffe系数高于0.8,模型模拟精度较高。在固定天气因子等不变的情况下,基于1990、2008年两期土地利用数据,模拟研究区1968—2008年径流产沙过程,并分析土地利用/覆被变化对水文效应的影响,结果表明:1990—2008年土地利用变化主要表现为林地、水田面积减少,旱地、草地、水域和建设用地面积增加;与1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下径流和输沙总量均增加,土地利用变化对产流影响较小,对产沙影响较显著;由土地利用变化引起的月均径流产沙变化量为汛期增幅大于非汛期;土地利用变化对枯水年径流产沙过程影响最大,平水年次之,丰水年影响最小。

以永定河流域为研究对象,对1978～2009年间6期遥感图像的土地利用情况进行解译,运用景观格局指标,分析永定河流域景观格局动态变化.结果表明:32年来永定河流域以农、林、草业景观为主,耕地面积有下降趋势,林地面积2000年最低,后缓慢上升,水域面积近10年下降明显.景观破碎化程度呈不断上升的趋势,多样性指数逐步升高,景观类型均匀度总体有下降趋势,景观类型转移概率矩阵表明,林地最为稳定,干旱河道的变化最大.

以黄河三角洲为研究区,基于1986年6月5日和2009年6月4日的landsattm影像进行土地利用/覆被分类及变化特征研究,同时,基于sebal模型估算区域蒸发蒸腾量,进而分析湿地蒸发蒸腾的数量特征、空间格局特征及其对土地利用/覆被变化的响应特征。结果表明:23年间,58.74%的区域土地利用/覆盖类型发生了变化,未利用地大幅减少,水体和建设用地大幅增加,显著的土地垦殖与耕地荒废则同时存在;蒸发蒸腾强度大小按土地利用/覆被类型排序依次为水体>滩涂>苇地>林草地>耕地>建设用地>未利用地,研究区未利用土地变为水体和耕地是导致区域蒸发蒸腾整体提高的主导原因,而耕地流失则是导致区域蒸发蒸腾整体下降的主要原因,但23年间实际变化以前一种情形占优势,因而区域蒸发蒸腾总体呈现为增加趋势。研究结果对区域土地利用规划和水资源管理有重要的理论和实践指导意义。

以1991年、1998年和2006年3期遥感影像数据为基础,采用土地利用转移矩阵、动态度、利用度和生态环境效益指数模型,研究了漓江流域1991年以来的土地利用变化及其对生态环境效益的影响。结果表明,漓江流域土地利用/覆被于1991～2006年间发生了较大变化,变化的总体趋势为林地、耕地、草地和水域面积减少,并转化为园地、未利用地和建设用地;1991年以来,漓江流域未利用地、建设用地和园地的正向变化速度较大,而林地和草地的负向变化速度较大。漓江流域土地利用综合变化速率呈现增加趋势;土地利用度变化呈现波动特征;漓江流域土地利用/覆被变化的主要人文驱动力为经济因素、政策因素等方面;1991～2006年间土地利用变化降低了漓江流域的生态环境效益,林地向园地的转化及耕地向建设用地的转化是区域生态环境效益下降的主要原因。