长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

土地利用变化对流域水文过程时空分异的影响 ——以赣江流域为例

土地利用变化引起的水文分量时空变化对认识流域产汇流过程，优化流域土地利用结构和水资源规划具有重要意义。基于SWAT模型，本研究以赣江流域为例，结合1980、2000、2015年3期土地利用数据从水文响应单元的角度，系统分析了单纯土地利用变化对流域产流、蒸发、入渗以及径流等主要水文过程时空分布的影响。结果表明：1980~2015年间，流域内的土地利用变化主要表现为耕地和林地的减少，城乡建设用地的增加；林地的减少和城乡建设用地的增加是产流增加，蒸发和入渗减少的主要原因；总体上，土地利用变化对局部地区水文过程影响较大，但因土地利用类型之间的相互转化和其影响的叠加，流域尺度上的综合水文效应明显降低；土地利用变化导致整个赣江流域平均径流量增加了2.33×108m3，相比较近年来赣江径流的减小幅度其影响十分有限。近年来，赣江入湖径流量的下降主要是由气候变化和其他人类活动作用特别是流域工农业用水的大幅增长所致。流域水文过程模拟应充分考虑土地利用变化水文效应的时空分异，注重天然和社会水循环的耦合，才能更为真实的反映流域水文过程，更好的为流域土地利用结构优化和水资源的高效管理提供科学依据。     

典型流域土地利用/覆被变化及对水质的影响--以太湖上游浙江西苕溪流域为例

利用1985、1995和20D0年的TM数据及水质资料，运用GIS和水质指数法研究西苔溪流域的土地利用／覆被变化及其水环境效应。结果表明：流域内耕地不断减少，建设用地持续扩大，林地前期减少后期缓慢增加；林地和耕地是流域内的主要土地利用类型，二者面积之和占流域面积的比例在三个时段均在92％以上；空间集中性及斑块碎化是土地利用空间格局变化的主要表现，建设用地斑块数量增多且斑块面积明显增大，饼地面积减少但斑块数量增多。研究时段内流域水质在时间上呈逐步恶化趋势，在空间上则表现为自上游至下游逐渐下降，其中，1996-2000年，研究河段内水质指数下降幅度达30％左右；只治理点污染源仅使水质指数增加6．5％左右，表明影响水质的主要因素是土地利用变化导致的面源污染。     

柑橘果园扩张对寻乌水径流和输沙的影响

土地利用变化的水文效应是当前人类活动环境影响的研究热点.柑橘果园扩张是近20年来寻乌水流域最主要的土地利用变化.利用寻乌水流域3个时期的土地利用数据,设定不同土地利用情景,以SWAT模型模拟不同土地利用情景下的径流与输沙,并结合2000年以来柑橘果园扩张的遥感制图成果和寻乌水径流和泥沙观测资料,分析柑橘果园扩张对流域径流和输沙的影响.研究表明:SWAT模型模拟径流的效果较好(Re =-0.05;R2 = 0.79;Ens = 0.72),输沙模拟效果也在合理范围(Re = 0.75;R2 = 0.8;Ens = 0.71);1990～2015年间,寻乌水流域林地面积减少36.83％,果园面积增加42.48％,径流与输沙变化率分别为2.57％和4.27％;新垦果园面积与河道输沙量的关系不显著,这是因为河道输沙不仅与土壤侵蚀有关,同时也与土壤侵蚀地块与河道之间的区位关系有关,同时,在反坡水平阶等水保措施的作用下,果园水土流失得到有效控制.     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点，以汉江上游流域LUCC模拟为例，构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型，并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加，其中建设用地增幅最大，与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符；除建设用地增幅变化较大之外，1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近，表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律，在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上，应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下，汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势，LUCC对径流量年内影响较汛期显著，多年平均蒸散发量呈增加趋势     

基于景观尺度的流域土地覆被变化及其水文响应

水资源短缺已成为限制华北地区社会经济发展的主要因子之一，其中山区来水减少问题已成为该区域水资源研究亟待解决的关键问题。采用景观格局分析法及统计学方法对华北土石山区典型流域--红门川流域土地/覆被变化及其水文动态响应进行分析。结果表明：(1)1990～2005年流域景观呈破碎化趋势，其中，优势景观林地在研究时段内面积变化不大；耕地、建设用地面积增加趋势显著，增幅分别为431%和444%；水域减少趋势最为明显，减幅达208%。(2)土地利用/覆被变化对流域径流有显著调节作用：随着土地结构不断优化，森林、耕地面积的增加，1998～2005年流域平均年径流系数较1990～1998年下降77%；丰、平和枯水年径流系数则分别减少64%、31%和85%；当剔除降水因素后，土地利用景观结构优化使得月径流系数减少16%～100%。(3)土地利用/覆被变化对流域径流的调节作用呈现季节性,植物生长季径流调节尤为显著     

河流近域土地利用格局与水质相关性分析——以巢湖流域为例

以河流近域土地利用构成与水环境质量间定量关系为研究对象，基于巢湖流域40个水质监测断面和320个河流近域作用区，运用GIS空间分析功能计算不同尺度作用区内土地利用构成，借助相关分析、冗余分析(RDA)等数理统计手段，分析土地利用构成与水质指数间的相关关系；并分析和比较了流域内山区和平原地区土地利用构成与水质之间关系。结果表明，巢湖流域近河道地区土地利用构成对各水质指数有重要影响，且受地形因素影响。其中，建设用地对河流水质恶化具有明显作用；河流沿岸林地布局能显著改善水质，尤其是对氨氮和高锰酸盐指数敏感；耕地面积变化与水质相关性不显著。RDA冗余分析证实了不同尺度下的土地利用类型对水环境影响具有尺度效应。研究成果对巢湖流域水环境管理具有重要的实际指导意义，并为同类研究提供借鉴     

贵州省大坝土地利用变化及驱动力分析

选取贵州省万亩（1亩=1/15 hm2）以上的坝子为研究对象，以GIS为技术支撑，通过空间叠加分析，提取研究区10 a来的土地利用/覆被信息，并结合相应的社会经济统计数据，进一步分析引起变化的驱动力影响因子。结果表明：（1）2000~2005年、2005~2010年两个时段，耕地面积一直在持续减少，第二时段的变化比第一时段更剧烈；林地、城镇建设用地、农村居民点、水域、道路在两个时段都不同程度的增加，其中城镇建设用地、农村居民点在第二时段比第一时段增加的速度更快，其它3种地类增加的速度有所减缓；灌木总体变化是出现先减后增的趋势；（2）耕地在2000~2005年的流向主要是林地，在2005~2010年流向主要是居民点和城镇建设用地；（3）研究区土地利用变化受人口、经济效益、政策的影响     

三峡库区不同退耕还林模式水土流失特征及其影响因子

三峡库区为国家水土保持重点防治区，土地利用/覆盖变化（LUCC）与水土流失的关系已成为水土流失治理研究的关注重点之一，退耕还林工程的水土保持效益对于库区生态环境的建设具有重要意义。通过对库区典型退耕还林模式的水土流失的监测，分析其不同降雨条件下水土流失特征及影响因子，结果标明：（1）退耕还林后库区的水土流失问题得到了有效控制，退耕还林后各土地利用类型的年地表径流量下降了70%~95%，泥沙流失量则比农田降低了97%以上，其中乔木林和竹林对水土保持的效果最为理想；（2）退耕还林后各土地利用类型年地表径流量与降雨量呈较好的指数关系，随着降雨量的增加而增加。除农田和板栗林外，各土地利用类型年地表径流量与雨强关系不显著；（3）泥沙流失量与降雨量和降雨强度的关系均不显著；（4）各土地利用类型地表径流的80%以上，泥沙流失量的95%以上都是发生在暴雨条件下，暴雨事件成为库区水土流失的主要气候影响因素；（5）凋落物层盖度是控制退耕还林各模式地表径流的主要因素，各土地利用类型的年地表径流量均随着凋落物层盖度的增加而显著降低     

不同土地利用类型的地表特征参量的遥感反演研究——以猫跳河流域为例

利用2007年5月Lansat5 TM数据,运用单通道算法,基于全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系,对贵州省猫跳河流域的地表特征参量进行了反演,得到不同土地利用类型下的典型地表特征参数值。在3种主要的土地利用类型中,林地的植被指数最高、地表温度最低,农田的植被指数最低而地表温度最高,草地介乎林地和农田之间。城镇建设用地主要表现为热岛效应,而水域则主要表现为地表温度（LST）和归一化植被指数（NDVI）的双低特征。进一步对二级土地利用类型的分析表明,由于结构、功能的不同,土地利用二级类在地表特征参量方面也表现出了有规律地变化。有助于深入认识不同土地利用类型的物理特征,可以丰富主要土地利用类型的影像分类的先验知识,有望将不同土地利用方式的生态环境效应研究推进一步     

上海浦东新区土地利用变化及其生态环境效应

上海浦东新区是我国快速城市化的典型地区,尤其1990~2001年,是浦东新区快速城市建设和扩展时期。依据1990、2001年两时相的卫星遥感数据,运用图像处理软件进行监督分类,提取了浦东新区两时相土地利用信息,分析了浦东新区1990~2001年土地利用变化特点和土地利用类型的转化特征,探讨土地利用的变化对生态环境的效应。研究表明：①11年间浦东新区农业用地和水体急剧减少,其中农业用地减少了58.16%,水体减少了 17.4%;②1990~2001年浦东新区城市扩展用地55%由农业用地转化而来,35.26%由水体转化而来;③土地利用的快速变化引发了水资源面积减少、水体污染加重和需水量增加,以及大气污染加重、大气温度上升和地面热中心面积扩大等生态环境问题。     

大城市边缘区土地利用时空格局模拟--以武汉市洪山区为例

大城市边缘区的土地利用变化复杂而迅速,采用定量模型对此地域的时空格局进行模拟,在土地规划领域有重大意义。以武汉市洪山区为例,首先采用DPSIR模型对大城市边缘区的工业用地、居住用地、服务设施用地、绿地等进行驱动力机制的定性分析,得出每种用地相应的驱动力、压力和状态;进而采用CLUE S模型,通过用地变化驱动力因子作用权重系数的求解,模拟时段内各类用地的需求分析与用地变化的动态分配过程,对边缘区的用地演变进行模拟;最后通过用地现状图对模拟用地进行验证,模拟结果基本拟合。在模拟的基础之上,设定了两种大城市边缘区空间发展的情景模式,即不作任何空间约束的用地演变和进行可持续发展约束的用地演变,有针对性地提出该区域的发展需要重点保护水体和自然风景区。其方法及成果可为大城市边缘区制定发展管理政策提供科学参考。     

Development of a land-use forecast tool for future water resources assessment: case study for the Mekong River 3S Sub-basins

Land-use change is one of the major factors that alter local and regional hydrology. For areas experiencing fast expansion of urban and agriculture areas, land-use changes often adversely affect stream flow and water resources at the local and watershed scale. The Sekong, Sesan, and Srepok (3S) Sub-basins are a part of the Lower Mekong River Basin and include land in Cambodia, Lao People’s Democratic Republic (Laos), and Viet Nam. The region is experiencing a dynamic land-use transition because of rapid changes in its economy, society, and environment. Major land-use changes include deforestation of native rain forest, expansion of agricultural and urban areas, and expansion of commercial plantation such as rubber trees. These land-use alterations have affected local and regional hydrologic processes, resulting in stream flow shortages during the dry season and flash flooding due to deforestation. In this research, deforestation in the 3S Sub-basins over the period 1993–1997 was analyzed using multi-logistic regression. The regression analysis indicated that density of agricultural cells within a 5-km radius from each forest cell and slope strongly affected the deforestation process. A land-use forecast model to simulate deforestation and urbanization sites was developed in GIS based on local land-use change trends. The model was applied to 2003 land use to forecast 2033 land use and future water demand, which was further compared with present stream flow measurements during the dry season at various places in the region. The entire approach from the land-use forecast to its impact assessment on stream flow could help local stakeholders understand watershed-wide future water resources risks and develop future water resources plans. With the 3S Sub-basins being used as a case study area, this article presents a land-use forecast tool; simulated 2033 land-use and water demand; and the estimation of the impact of the forecasted future water demand on the local stream flow.     

城镇化过程中的流域面源污染时空变化

以斧头湖流域为研究对象，在野外调查的基础上，借助遥感和GIS技术，对2008年、2015年斧头湖流域土地利用格局、人畜排放进行分析，利用输出系数模型解析斧头湖的面源污染负荷时空分布及主要来源。结果表明:斧头湖流域2008～2015年面源总氮（TN）和总磷（TP）负荷输出分别从由原来的 2 915 和 178 t 增长至 3 252 和 202 t。城镇化发展使得农村耕地面积减少，耕地对TN的输出贡献比例降低，但是耕地化肥使用依然是TN最主要来源。城镇化使得居民区对面源贡献增大，特别是TP的贡献显著增加。随着人们生活水平的提高，畜禽养殖对面源污染的贡献也显著增加，应予以足够重视     

Mutual Conversion of Land Use between Urban and Rural Area in the Process of Urbanization: A Case Study of Shandong Province

Urbanization is one of the driving forces for the land use change in type and structure, and its prominent effect is to convert rural land to urban land. This paper takes Shan-dong Province as an example to analyze the current situation of the mutual conversion between the urban and rural areas from the aspects of the structure of land use, the decreasing tendency of the cultivated land, the changes of land use in urban and rural residential areas. It points out that cultivated land is converted to residential area land, industrial and/or mining area land. The relationship between the urban area land and the cultivated land is more direct; meanwhile, the changes of rural residential area lag behind obviously. The decrease of the cultivated land and the decline of soil quality will be the two difficult problems in the process of urbanization.     

Mutual Conversion of Land Use between Urban and Rural Area in the Process of Urbanization: A Case Study of Shandong Province

Abstract

Urbanization is one of the driving forces for the land use change in type and structure, and its prominent effect is to convert rural land to urban land. This paper takes Shandong Province as an example to analyze the current situation of the mutual conversion between the urban and rural areas from the aspects of the structure of land use, the decreasing tendency of the cultivated land, the changes of land use in urban and rural residential areas. It points out that cultivated land is converted to residential area land, industrial and/or mining area land. The relationship between the urban area land and the cultivated land is more direct; meanwhile, the changes of rural residential area lag behind obviously. The decrease of the cultivated land and the decline of soil quality will be the two difficult problems in the process of urbanization.     

基于CLUE-S模型的重庆市主城区土地利用情景模拟

以重庆市主城区为研究区,采用120m×120m栅格大小的数据为模拟基准,借助CLUE-S模型、情景分析法、SPSS软件及ArcGIS10.1软件建立了数量变化和空间分布变化相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化的动态模拟模型,并对研究区不同情景下的土地利用/覆盖动态变化进行了模拟,模型综合考虑各种宏观驱动因子与土地利用变化之间的关系,较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子,并利用SPSS软件进行相关性分析,确定了各因子的回归模型,提高了模拟结果的精度,通过对已有数据的模拟及精度分析,整体模拟精度达86%以上,在一定程度上反映了该模型在研究高分辨率土地利用/覆盖变化方面有很好的适应性,对土地利用/覆盖变化的复杂性研究和相关部门对土地布局、规划方面具有一定的参考价值。模拟结果表明:到2030年湿地、人工用地、林地将增加,耕地和其它用地减少,草地在不同的情景下均有稍微的增加,耕地和人工用地是变化最大的两种类型,随着时间的推移耕地和林地面积不断接近甚至持平,研究区西部及西南部变化比较明显。     

三峡库区腹地草堂溪小流域土地功能格局变化

探讨三峡库区腹地土地功能格局动态特征是促进库区土地功能优化、土地利用可持续发展的重要途径之一。以草堂溪小流域为研究区,基于1990~2015年4期遥感影像和1∶5万DEM数据,借助ArcGIS 10.2与Fragstats 4.2软件,依据土地提供主要服务的差异性将土地功能划分为3个大类5个亚类,并分析研究区土地功能格局时空演变特征。结果表明:近25 a,研究区生态功能用地占绝对优势,面积增长1 541.96 hm~2,生产功能用地面积缩减1 844.19 hm~2,生活功能用地面积扩展302.24 hm~2;生物质生产功能用地和人工/天然生态功能用地间的转移关系是研究区土地功能转移网络的关键关系,决定着研究区土地功能变化特征;土地功能变化空间集聚特征时空差异性显著,生物质生产功能用地和人工/天然生态功能用地附近为土地功能变化热点区域,1990~2015年土地功能变化热点区向研究区西部推移;生物质生产功能用地、交通功能用地和住宅功能用地优势区间为中低地形位,中高地形位是非生物生产功能用地优势区间,人工/天然生态功能用地在高地形位占优势;较低地形位上景观异质性高、形状复杂,较高地形位上景观类型单一、聚集程度高。