基于InVEST模型的太行山淇河流域土壤侵蚀特征研究

基于土地利用数据、数字高程模型数据(DEM)、土壤类型数据、降雨数据、植被覆盖指数(NDVI),结合地理信息系统(GIS)和遥感,计算降雨侵蚀力因子(R)、土壤可蚀性因子(K)、植被覆盖因子(C)、水土保护措施因子(P),借助InVEST模型对淇河流域2015年山地生态系统的土壤侵蚀进行研究。结果表明:(1)淇河流域微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强烈侵蚀、极强烈侵蚀和剧烈侵蚀面积分别为932. 80、617. 13、282. 46、159. 58、141. 64和93. 84 km~2;土壤侵蚀总量为7 225 839. 54 t,平均土壤侵蚀模数为32. 45 t/(hm~2·a);(2)在各土地利用类型中,土壤侵蚀主要发生在林地、草地和耕地。草地和林地多分布在地形起伏度较大的高海拔区,潜在的土壤侵蚀量较大,土壤侵蚀强度也较大。虽然未利用地占流域总面积很小,但侵蚀模数最大;(3)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系,土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1 200 m处达到峰值,土壤侵蚀模数随着坡度和地形起伏度的增加而不断增大。坡度和起伏度越大,坡面土壤的不稳定性愈大,在外力作用下发生下移的可能性就愈大。海拔600～1 200 m、坡度大于15°、地形起伏度70～500 m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。土壤侵蚀是山地生态脆弱性响应的重要指标,山地流域的土壤侵蚀研究对评估区域生态环境质量有重要意义。     

长江上游流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的影响

利用长江上游主要水文站1956~2010年输沙量数据和雨量站日降雨量时间序列资料,采用线性回归研究流域降雨侵蚀力与河流输沙量的关系,并估算长江上游各子流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的总体贡献。结果表明:长江上游降雨侵蚀力为2 362 MJ·mm/(hm²·h·a)到3 814 MJ·mm/(hm²·h·a),多年平均值为3 006 MJ·mm/(hm²·h·a);各子流域的年均降雨侵蚀力差异较大,其中乌江子流域最大,为5 055 MJ·mm/(hm²·h·a),金沙江子流域最小(1 560 MJ·mm/(hm²·h·a)),不足乌江子流域的1/3。各子流域降雨侵蚀力的极值比大小嘉陵江 > 岷江 > 乌江 > 金沙江。长江上游流域以及子流域输沙量在1956~2010年间均呈总体下降趋势,各子流域年均输沙量大小金沙江 > 嘉陵江 > 岷江 > 乌江。降雨侵蚀力变化对长江上游输沙量变化贡献率为7%,对岷江、嘉陵江、乌江子流域输沙量变化的贡献率分别为36%、20%、9%。总体来说,降雨对长江上游输沙量变化的影响不如人类活动的影响大。     

长江上游地区土壤可蚀性空间分异特征

研究土壤可蚀性K值有助于宏观判断和定量分析长江上游地区土壤侵蚀的空间分布特征。利用第二次土壤普查资料建立了长江上游土壤的理化性质数据库，通过三次样条插值对土壤质地进行转换，采用EPIC模型计算出各土种的可蚀性K值，采用面积加权的方法，求得各亚类的可蚀性K值，将其链接至长江上游土壤图的属性表，得到土壤可蚀性空间分布图，进而探讨土壤可蚀性的分布特征。结果表明：长江上游土壤可蚀性以较低可蚀性、中等可蚀性和较高可蚀性为主，横断山区、云贵高原和三峡库区区域土壤可蚀性明显高于四川盆地地区；高可蚀性土壤主要分布在嘉陵江上游和横断山区的低海拔谷地；平均K值为0239 0，最大值041，最小值007土壤可蚀性高低与土壤侵蚀强度、海拔高度和坡度在空间分布上具有一定的规律性     

三峡库区王家桥小流域土壤侵蚀因子初步研究

通过对王家桥小流域土壤，降雨，植被和地形等因子的分析，探讨了土壤抗侵蚀性能，分析了坡面侵蚀与各影响因子间的关系，建立了基于降雨基础上的全流域输沙幂函数回归方程。结果表明，本地区土壤因具有较强的渗透性，抗冲，抗蚀和抗剪切破坏的能力，而使其保持较小的可侵蚀性；坡面侵蚀中的主要影响因素是雨强和径流量（或降雨量）的大小；流域内土壤侵蚀的形式主要表现为暴雨作用下的重力侵蚀，在影响土壤侵蚀的诸多因子中降雨是关键性的，它的强度和年分布对年侵蚀模数的大小具有决定性作用。同时，通过分析各种雨强（平均雨强，最大雨强，最大15分钟雨强，最大30分钟雨强，最大60分钟雨强）对土壤侵蚀量的影响，结果表明，虽然最大60分钟雨强具有最优相关性，但在多元回归方程中，采用最大30分钟雨强回归效果最佳。     

融合时序特征的湖北省降水空间分布估算

以湖北省2006～2010年的降水量为基础数据源，通过对降水数据的分析，将省内75个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素，引入到降水量空间预测的多元地理统计中，使用时序协同克里格方法构建降水时序特征与降水量之间的数学关系模型，对湖北省月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量，选择最优的时间维变差函数计算尺度。结果显示，融合时序特征的协同克里格法对降水量的空间插值较普通克里格法具有更好的插值效果，因而更适合历史资料丰富地区的降水空间分布估算     

近期长江口南北槽分流口河段悬沙输运机制研究

针对近期长江口南北槽分流口地区出现新的河床冲淤演变情况,对分流口河道尤其北槽入口河段多次实测水文结果进行分析,探讨了分流口河道悬沙输运机制。〖JP2〗通过引入输沙机制影响强度尺度参数,得到悬沙输运机制的数学表达形式,并进一步探讨了北槽入口河道产生淤积的原因。结果表明：(1)北槽分流口存在三级输沙机制,且不同输沙机制项在近口段、口中段和口内段各段中影响程度也不相同;(2)分流口泥沙来源于南港河段,在向“南港-北槽”输运过程中,一部分泥沙受到分流潜堤拦截,落淤在潜堤北侧造成九段沙沙头持续淤长;(3)悬沙在口中段受两项输沙机制的共同控制下,跨跃航槽,横向输运。并在输移过程中落淤,最终形成北槽入口局部区域的持续淤积     

长江上游河流输沙量时间序列跃变现象研究

长江上游来水来沙条件是三峡工程泥沙问题研究的重要基础。长江上游流域面积约100万km2，产输沙条件复杂。根据有序聚类分析法、里和海哈林法和费希尔最优分割法，对长江上游干流和主要支流控制站输沙量时间序列的跃变现象进行了研究。在显著水平005下，长江上游在径流量变化不大的情况下，河流输沙量在1991年后出现了明显减小的质变过程，干流寸滩站 1991～2005年年均输沙量为313亿t，较 1953～1990年均值减小了32%，特别是2001年后输沙量减小更为显著，2002～2005年仅为211亿t。水库拦沙、水土保持工程减沙等人类活动是导致长江上游输沙量时间序列出现跃变现象的主要原因，1991～2005年与1990年前相比，人类活动新增减沙量为1187亿t/a，占三峡入库总减沙量的75%，且随着三峡上游一系列大型水利枢纽的建成和生态环境的持续改善，三峡水库在相当长时间内会保持较少的来沙量。研究成果可为三峡工程入库泥沙代表系列的选取提供依据。     

GIS支持下土壤侵蚀潜在危险度的分级研究

根据土壤侵蚀特点，在IDRISI地理信息系统（GIS）支持下，研究设计了小流域空间与属性数据库的建设，在GIS系统支持下可有效地实现区域土壤侵蚀潜在危险的分级及其空间分析。首先，采用侵蚀预报的数学模型来估算土壤侵蚀星，用土壤详查资料编制土层厚度和土壤容重图，然后，由土壤年均侵蚀量，土层厚度和土壤容重得到土壤抗蚀年限图，按水利部标准将土壤侵蚀潜在危险度分为5级。最后，为表明某一地区或地类土壤侵蚀潜在危险的大小，还提出了土壤侵蚀潜在危险指数（SEPDI）。以三峡库区的王家桥小流域为例进行了研究，并且分析了其空间分布特点。     

基于过程—效应—功能—服务级联机制的森林减沙服务传输研究

土壤侵蚀是具有当地和异地两方面效应的地表过程。土壤保持服务供给区与需求区在空间上并不是完全重叠,而是存在一定程度的空间失耦。传统的土壤保持服务评估中多以生态系统当地侵蚀产沙减少量作为减沙服务供给量,以单一的分配系数计算对外部区域提供的减沙服务量。前者忽视了土壤保持服务供给能力与土壤保持服务实际提供量的差别,从而高估了土壤保持服务。后者则忽视了泥沙输移比的空间变异,导致很高的评估结果不确定性。准确评估土壤保持服务供给及其空间传输需要充分认识其过程—效应—功能—服务的级联机制。空间分布式的泥沙传输模型为此提供了可能。以洞庭湖区湖南省境内的4个地市为研究区,按照过程—效应—功能—服务的级联框架,在区域尺度上将森林生态系统减沙服务的供给和需求耦合起来,利用融合泥沙连通度的泥沙传输模型,评估了森林生态系统减少土壤流失和泥沙输出的效应,量化了森林以承载人类直接福祉的土地为媒介向人类社会传递的减沙服务。该研究提出的方法框架为生态系统服务供给与需求的耦合提供了一个视角。     

长江上游不平衡水沙输运对三峡库区泥沙淤积影响

2003～2017年以三峡水库为核心的长江上游水库群运行和联合调度从宏观上改变上游河流泥沙时空分布规律,金沙江已不是三峡入库泥沙最大供沙区;长江上游水沙输运集中在汛期5～10月,1956～2002年水沙峰值基本同步,而三峡水库蓄水后2003～2017年水沙峰值不同步,流量特性曲线由顺时针转为逆时针,出现滞后现象。入库泥沙锐减后并未降低三峡库区细颗粒泥沙淤积率,2014～2017年汛期5～10月淤积率增加至85.2%,其中d0.031 mm的极易发生絮凝的泥沙所占比例最高(63.5%,2009～2013年),典型河段现场观测到大量泥沙絮团,所以三峡库区极可能存在细颗粒泥沙絮凝。入库水沙不平衡也使得朱沱-清溪场河段出现泥沙冲刷。     

基于InVEST模型的秦岭山地土壤流失及土壤保持生态效益评价

为了解秦岭山地土壤侵蚀及土壤保持生态服务功能的空间分布特征，采用InVEST 土壤保持模型，从研究区、流域、县域3个尺度，对其潜在与实际土壤侵蚀量进行计算，在此基础上进一步应用该模型量化研究区土壤保持生态服务价值，得到土壤保持服务价值空间分布图。研究结果表明：（1）2012年秦岭山地潜在与实际土壤侵蚀量分别为4588×108 t、152×108 t，五大流域和各县区以轻度侵蚀和中度侵蚀为主，较为严重的地区为汉江流域南部紫阳县6323 t/(hm2[DK]·a)[JP2]和岚皋县5869 t/(hm2[DK]·a)，属强烈侵蚀。（2）全区土壤保持总量4337×108 t，[JP]其中泥沙持留量143×108 t，单位面积土壤保持量为71979 t/(hm2[DK]·a)；减少泥沙疏浚工程和水质治理花费的土壤保持服务价值共计4184亿元。各县区土壤保持服务价值量在001亿元至475亿元不等，价值量在096~191亿元之间的县区占全区的4413%，其次为191~285亿元（2522%）。（3）对于秦岭山地土壤侵蚀的防治及其生态效益的建设，保证林地面积的绝对优势是首要条件；对于大于25°的坡耕地，应继续推行还林还草政策     

长江河口上边界床沙粒径的长期变化及其原因

大通水文站和泥沙观测断面位于长江河口的上边界。长江下游从大通（潮区界）至长江口门的距离长达680 km。20世纪80年代以来，长江流域日趋强烈的人类活动，显著改变了长江入海水文和泥沙数量和特性，从而对长江下游至河口动力地貌和动力沉积产生了显著影响。主要研究长江潮区界大通断面20世纪50年代以来床沙粒径的长期变化。1977~2004年床沙粒径 (〖WTBX〗d〖WTBZ〗50) 有一稳定增大的趋势，这主要是对上游河道悬沙来量持续减少的响应。值得注意的是床沙粗化过程是发生在该河床长期加积的背景上的。研究表明：导致床沙粒径粗化的原因，主要是上游河段进入本河段床沙粒径的增加和本河段冲淤过程中悬沙与床沙颗粒的交换。随着三峡水库的正常运行和其它大型水库的建设，预计未来几十年长江上游悬沙来量将进一步大幅度下降，可以预计，长江潮区界河段的床沙粒径将继续呈现增大的趋势。〖     

丘陵山区耕地质量的空间格局分析

耕地质量的时空分布特征在人类活动的诱导下发生巨大变化，研究耕地自然质量向耕地经济质量转变的过程及其空间分布格局，拓宽了耕地质量的研究内涵。以重庆市合川区为例，将农用地分等定级的斑块数据与农户调查相结合，应用“影响力系数”获取修正后的耕地质量指数，从真正意义上反映土地的现实生产能力，并进一步采用空间自相关分析的方法讨论其空间分布格局。研究发现，利用影响力系数修正后的耕地质量等级指数能够真实反映土地生产能力，农户对耕地投入产出水平使耕地自然质量呈现下降的趋势，新获取的质量等级系数具有经济学意义；水田和旱地的质量等级分布存在非常显著的空间正相关关系。高质量的水田斑块与高质量的水田斑块相邻，低质量的水田斑块与低质量的水田斑块相邻，旱地图斑也遵循该分布规律，总体上空间分布集聚现象显著。     

赣江上游章水流域水沙变化的驱动力分析

为揭示赣江上游流域输沙量急剧减小过程中各影响因子的相对贡献率，以上游的章水流域为代表区域，采用流域控制站坝上水文站1956~2015年流域面雨量、径流和输沙数据，并结合趋势检验、Pettitt突变检验等方法，计算并分析了该流域多年降雨量、径流量和年输沙量的变化趋势和突变。采用累积量斜率变化率比较法分析了自然因素和人类活动在章水流域水沙关系变化中的相对贡献率。结果表明：流域降雨和径流60 a间无显著变化趋势和突变点，年输沙减少趋势显著，在1994年发生有超过显著性水平0.001的突变。相对于1956~1994年，在1995~2015年，人类活动对章水流域水沙关系的贡献率为99.4%；研究表明水利工程建设和水土保持等人类活动对赣江上游章水流域输沙量变化影响及其显著。研究对于准确评价水利工程和水土保持效益具有重要的指导意义。 关键词： 水沙关系；赣江上游流域；人类活动贡献率；双累积曲线     

基于GIS和RUSLE模型的万州区土壤保持服务功能空间分布特征

土壤保持服务是重要的生态系统服务之一,代表生态系统对土壤侵蚀所起到的削减和改善作用。以万州为研究区,基于GIS平台和修正通用土壤流失方程(RUSLE),运用降雨、DEM等数据建模,探讨万州区土壤保持服务功能的空间分布特征并分析其影响因素。结果显示:(1)万州区土壤保持总量为1 435.84×10~5t/a,单位面积年均土壤保持量为417.91 t/(hm~2·a),具有较高的土壤保持服务功能重要性;(2)土壤保持服务空间分布受地形和人类活动等的显著影响,东南部山地区域较高,而铁峰山与方斗山之间的长江河谷较低,其空间分布特征与土壤侵蚀的分布状况大致相反;(3)坡度角度,15°~25°坡度区产沙量最大占全区的41.56%,8°~15°区域次之,这两个坡度区人地矛盾最为集中;土地利用类型中,旱地侵蚀最为强烈,而林地侵蚀微弱并表现出很高的土壤保持服务功能。研究结果对万州乃至整个三峡库区的水土保持工作有借鉴意义。     

基于DMSP-OLS夜间灯光数据的长江经济带城镇体系空间格局演变（1992～2013）

研究长江经济带城镇体系空间格局演变，对于透视长江经济带城镇体系空间格局演变特征和规律以及促进长江经济带城镇体系空间格局优化发展有着重要意义。利用多时相同期Landsat卫星数据以及运用聚类分析方法对长江经济带夜间灯光数据进行校正，并采用其他辅助数据法对比分析获取城镇建成区面积的阈值，在此阈值基础之上选取景观总面积、总斑块数量和聚集度指数等总共8个典型景观格局指标, 继而使用FRAG-STATS 4.2 软件对1992~2013年间长江经济带城镇发展的空间格局变化进行计算分析。研究结果表明：(1）1992~2013年间，长江经济带城镇化快速扩展，城镇建成区面积增加了9.68倍，斑块数量增加了2.39倍，斑块密度也得到较大的增加，反映出长江经济带城镇数量不断增加和城镇建成区面积不断扩大；（2）景观斑块形状复杂度逐渐上升，中小城市不断壮大，同时出现了较多的新兴小城镇，总边界长度和平均边界密度的年均增长速度分别为21.56%和21.58%，体现了长江经济带城镇间聚集度越来越高，相互影响也越来越大；(3）最大斑块指数和聚集度指数两个指标在整体上呈现出逐年下降的态势，但是景观总面积、总斑块数量和斑块密度等8个指标在演变过程中均存在一定的波动和无序化，反映出长江经济带在城镇化过程中呈现出不规则和无序化的特征。     

长江流域逐月气温空间插值方法的探讨

长江流域地形地貌特征复杂。为了探索适合长江流域的逐月气温数据空间插值方法，在考虑海拔、经纬度、坡度、坡向对气温影响和没有考虑这些地形因子对气温影响的两种情况下，利用流域151个气象站2007年逐月气温与对应的站点地形因子进行回归分析，并与回归直线截距相加产生栅格化的回归气温值，同时对回归多项式的残差分别运用反距离权重法（IDW）、普通克立格法（OK）和样条函数法（SPLINE）气温进行了空间插值，然后将栅格化的回归气温值与残差的插值结果相加得到空间化的逐月气温数据，并利用交叉检验方法对插值精度进行了评估。结果表明：考虑了地形因子影响的3种插值方法的精度都有比较明显的提高，对于普通克立格法，平均绝对误差（MAE）从103℃降到060℃，均方根误差（RMSE）从238℃降到123℃；对于反距离权重法，MAE从110℃降到065℃，RMSE从248℃降到138℃；对于样条插值法，MAE从124℃降到074℃，RMSE从266℃降到151℃。考虑了地形因子影响的空间插值方法整体上要优于没有考虑地形因子的空间插值方法，其中，基于地形因子的普通克里格插值方法结果相对较好     

近60 a来长江干流输沙量变化及原因分析

根据长江干流宜昌、汉口、大通3个站点1954~2013年的输沙量数据，采用有序聚类和泥沙归因诊断分析等方法分析了3个站点输沙量时间序列的跳跃点以及降水、产流、产沙等各因素在输沙量变化中的贡献和作用。分析结果表明：3个站点的输沙量均存在明显的跳跃点，在跳跃点前后，输沙量出现较大幅度的下降，产沙能力的下降对输沙量比例变化率的贡献超过90%。人类活动造成的水库总库容量变化和长江流域植被覆盖度变化是造成长江干流输沙量变化的主要原因。结果表明：1985~2000年相比1954~1984年输沙量下降的585%、2001~2013年相比1985~2000年输沙量下降的831%是由于水库建设所造成。研究时段内流域植被覆盖度呈现先下降后上升的趋势。与1954~1984年相比，1985~2000年长江流域植被覆盖度下降，造成的输沙量变化为输沙量实际下降的 -436%，与1985~2000年相比，2001~2013年长江流域植被覆盖度上升，造成的输沙量下降贡献了输沙量实际下降的180%。 关键词： 长江；输沙量；突变点；人类活动     

城市主要功能用地景观格局的演变特征——以江苏省淮安市为例

基于GIS平台，提取了淮安市主城区城市用地的矢量数据，借助Fragstats3.3软件，计算了主要功能用地的景观格局指数，并对城市功能用地景观格局演变的特征进行了分析。研究表明：自1982年以来，城市功能用地斑块数量增多，斑块面积逐渐增大，面积差异不断缩小，用地斑块空间聚集程度渐渐上升，连通性水平逐步提高，功能用地斑块的形状特征与规整性变化明显；居住用地呈现出大分散、小集中的空间格局特征，斑块面积由小变大，斑块之间距离增大，密度降低，用地斑块的规整性与形态变化较大；工业用地由分散布局逐渐趋向于集中，斑块面积规模由小变大，完整性与集聚程度不断提高，相互连通性明显增强，斑块形态复杂性低；城市公共设施用地表现出大分散、小集中特点，用地斑块面积由大变小，面积差异较大，斑块形态与规整性变化明显     

秦巴山区降雨侵蚀力时空变化特征

降雨侵蚀力时空变化特征的研究对区域土壤侵蚀风险评估及水土保持规划具有重要的意义。利用秦巴山区及周边地区共63个气象站1961~2016年的逐日降雨量数据计算各站的降雨侵蚀力，借助Kriging空间插值法、Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验等方法分析了秦巴山区降雨侵蚀力的时空变化特征。结果表明：秦巴山区年均降雨侵蚀力为3 696 MJ·mm/(hm²·h·a)，年内变化呈单峰型，7月最大，占全年的26.6%；四季中，夏季最大，冬季最小。代际间，20世纪80年代的降雨侵蚀力最大，90年代最小。年际间，年降雨侵蚀力存在明显的阶段性，但未表现出显著的趋势性和突变性特征。秦巴山区多年平均降雨侵蚀力呈南高北低的分布格局，不同地区年均降雨侵蚀力变化于787~8 858 MJ·mm/(hm²·h·a)之间；整体而言，年降雨侵蚀力随纬度增加而减小，随海拔升高而减小。