土地利用变化及流域尺度大小对水文类型分区的影响

以海河流域为研究对象,根据1956-2005 年的年降雨量和水面蒸发资料以及DEM、土地利用和土壤的遥感资料,采用地理信息系统和多元统计分析的方法,划分一定单元流域,对海河流域进行水文类型分区划分,并讨论了土地利用转移变化及单元流域尺度大小对水文类型分区的影响。结果表明,不同土地利用情况下水文类型分区的结果是不同的,土地利用的变化会直接或间接影响流域水文类型分区的空间分布,土地利用变化越大,水文类型分区的转移变化也越大。单元流域尺度较小时,水文类型分区分布较为离散,反之,单元流域尺度较大时,水文类型分区的分布则较为连续。当单元流域平均面积变化小于150 km²时,分区分布虽然有一定的变化,但总体来看分区结果相对比较稳定,当单元流域平均面积变化较大,并达到250km²以上时,分区结果会发生较大变化。     

巢湖流域土地利用/覆被变化的水文效应研究

土地利用/覆被变化的水文效应导致水资源量变化,显著影响流域生态和社会经济发展。利用DEM、土壤数据库、三期土地利用数据及流域周边六个国家基本气象站1964-2000年气象、流域出口断面裕溪闸水文站1964-1989年水文资料,依托德国PIK研究所HBV-D模型建立巢湖流域降水径流关系,分析流域土地覆被变化对径流量影响：①利用HBV-D模型模拟流域降水径流关系,率定后系统相对误差控制在3%左右,纳希效率系数达约83%,适合巢湖流域土地利用/覆被变化水文效应研究;②分析得出单位面积的农业用地、居民用地和水域影响径流深大小分别为-0.134469、0.074908和-0.0015244,即巢湖流域农业用地对径流影响程度要高于居民用地且为负,农业用地减少将增加径流量,居民用地增长利于径流量增加,水域对径流量影响相对较小。     

黄河源区气候和土地覆被变化对径流的影响

采用2个分布式水文模型(SWAT和VIC)分析了1960～2000年黄河源区气候变化和土地覆被对径流的影响.分析表明,气候变化是径流减少的主要原因,20世纪90年代以前,土地覆被变化对径流影响很小,气候变化对径流的影响在95%以上.70～90年代,气候变化的水文效应大约为65%～80%;土地利用变化的影响大致为6%～16%;生态退化,冻土融化等的水文效应大约为14%～20%.20世纪90年代气候变化主要体现在黄河源区降水的时空分布发生改变和气温的升高上.     

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明：研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m³/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率：综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T₁（1972-2002年）阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T₂（2003-2008年）、T₃（2009-2014年）时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T₂、T₃阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。     

三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响

依据实测原型水文序列,在辨析三峡水库运行与四水流域水利工程运行对江湖水文关系演变特征影响的基础上,重点剖析了三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响。结果表明:①在江湖水文关系演变过程中,三峡水库运行对洞庭湖水情演变的影响要大于四水水利工程运行的影响;②洞庭湖区水资源比三峡水库运行前(1951—2002年)类似来水情景下减少了185.60×10⁸ m³;③三峡水库蓄水调度运行期,枯水年、丰水年9月15日至10月31日荆南三口入湖平均径流依次减少67.99×10⁸、23.14×10⁸ m³,补水运行期枯水年、丰水年1—3月三口入湖平均径流依次减少4.93×10⁸、11.51×10⁸ m³;④三峡水库运行对洞庭湖区水资源开发利用影响的地区是澧县、安乡县、沅江市、南县、华容县等县市,影响时间为每年10—12月或1—3月,影响的后果是因季节性和工程性缺水造成该区平均每年经济损失约57 359×10⁴元。     

2000~2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响研究

区域土地利用/覆被变化对植被生产力的影响是LUCC环境效应的重要组成部分,对于区域陆地生态系统碳循环的研究具有重要意义。三江平原地区是我国土地利用变化最为剧烈的地区之一,然而,区域尺度上土地利用/覆被变化对植被生产力的影响研究不多。基于以上原因,论文应用以遥感观测和生态系统过程模型为基础的土地利用数据和植被净初级生产力NPP数据,估算土地利用变化过程对三江平原地区植被生产力的影响。结果表明,林地、草地和沼泽湿地向耕地的转化是三江平原土地利用/覆被变化的最主要特征。2000~2005年期间,耕地面积增加了43.28×10⁴hm²,主要来自林地、草地和湿地的转化,转化面积分别为26.20×10⁴、10.81×10⁴和22.45×10⁴hm²。过去5年间,三江平原平均NPP由401.1g C m^-2 a^-1下降为377.5g C m^-2 a^-1,其中沼泽湿地平均NPP下降了7.8%,耕地、林地和草地的平均NPP均呈下降趋势。2000~2005年期间,三江平原地区净初级生产总量由4.37×10⁴G g C a^-1下降为4.11×10⁴G g C a^-1,减少量为2 575.1G g C a^-1,减少率为5.9%。三江平原地区2000年和2005年的气候因子变化不大,其对NPP的影响可以忽略。土地覆被变化直接导致区域净初级生产力的降低,人类活动干扰的强度和频度加剧对于区域植被净初级生产力的降低具有重要影响。     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

泾河流域40年的土地利用/覆盖变化分区对比研究

由于泾河流域地理位置的特殊性,气候、降水、地形、人类活动等的区域性,从不同区间的空间角度分析泾河流域的土地利用/覆盖变化情况具有重要的意义。文章利用泾河流域1970s~2006年的4期遥感影像分类结果,结合年降水量由南向北逐渐减少的情况,将流域划分为北、中、南3个功能区,从定量的角度揭示了不同功能区土地利用变化的时空规律,初步探讨了这些规律形成的主要自然,经济和政策成因。结果表明：①1970s~1990s,泾河流域植被覆盖总体呈下降趋势,在20世纪90年代后期开始实行一系列的生态保护措施后,植被覆盖开始恢复;②泾河流域的城镇用地、耕地、林地、高覆盖草地在流域中部和南部分布更广,低覆盖草地则主要分布在流域北部。由于气候、降水等自然条件的变化,人口增加、经济发展等社会因素的影响,流域由南到北,植被恢复速度逐渐趋缓;③流域北部由于自身自然环境条件较差,气候变暖、降水减少、土地退化、水土流失以及相关政策等因素在其土地利用变化中起主要作用。而人类活动、经济发展等社会因素对人类活动强度相对较大的流域中部和南部影响更大。     

青海湖流域土地利用/覆被变化研究

研究青海湖流域的土地利用/覆被变化,对识别流域人类活动特征和分析区域生态环境演化规律及其成因具有重要意义。文章以1977~2004年4期遥感影像数据为基础,采用土地利用转移矩阵、动态度、利用程度等方法,研究了青海湖流域1977年以来的土地利用变化特征及其空间分异规律。研究结果表明:①近年来流域内生态用地数量逐渐减少,其中水域面积净减少292.70km²;②对草地的开垦占用是流域增加耕地的主要来源,1977~2004年因湖泊水位下降而增加的沙地面积为103.22km²;③1977年以来,流域内除2000~2004年水域面积减少速率显著上升达0.71％外,其他主要类型土地面积变化速率不断减缓;④流域内沙地主要分布在海晏县(70％以上),90％的林地和95％以上的耕地均分布在刚察、共和两县,各县土地利用结构变化特征存在差异;⑤土地利用程度综合指数平均值为186.47,明显低于其他地区,说明人类活动对流域土地利用变化影响较小,区域生态环境问题的研究应当更加注重自然因素的驱动作用。     

流域土地利用/覆被对洪峰的影响研究——以太湖上游西苕溪流域为例

土地利用/覆被变化是影响流域水文过程的重要因素。基于太湖流域在全国的重要性及太湖流域LUCC洪水效应研究的迫切性,选择太湖上游西苕溪流域为研究区,利用分布式水文模型HEC-HMS模拟5种土地利用/覆被情景下的2次典型洪水过程（5年一遇的台风型洪涝和5年一遇的梅雨型洪涝）,定量区分单一土地利用/覆被对洪峰的影响程度。结果表明,对于同场降雨,5种土地利用/覆被情景下的洪峰流量大小顺序为：林地＜疏林灌丛＜草地＜耕地＜建设用地,峰现时间先后依次是建设用地、耕地、草地、疏林灌丛、林地。同样的土地利用变化对洪峰的影响程度,5年一遇的台风型洪水比5年一遇的梅雨型洪水反应剧烈。对洪峰流量影响最大的土地利用变化是其它用地变化为建设用地。对于同场降雨,5种土地利用/覆被情景下的洪水水文要素（洪峰流量、滞时）之间存在显著的定量关系。建设用地大大改变了洪峰形态,使流域原有的坦化洪水波形的能力降低,而林地则具有削减和延缓洪峰的作用。     

气候变化对阿克苏河流域径流过程的影响

结合阿克苏河源流山区两气象站以及出山口两水文站近50 a的气象、 水文实测资料,运用非参数Mann-Kendall单调趋势检验、 突变检验、 方差分析外推、 R/S分析及周期性叠加趋势模型等方法,分析了阿克苏河源流区气候及径流变化的趋势和周期,并予以预测,探讨了气候变化对径流的影响量。结果表明:阿克苏河源流区气温、 降水量及径流量皆呈显著增加趋势,且分别在1989、 1985和1993年发生了显著的增多跃变;气候因子与径流量的Hurst指数均大于0.5,表明其未来仍将保持增加趋势,在2010-2016年径流量的相对最大值和最小值将分别为91.822×10⁸ m³(2014年)和83.43×10⁸ m³(2011年);阿克苏河径流量在整个时间序列存在25 a的准周期,但在突变前以17 a周期为主;气候变化使得阿克苏河源流在1994-2007年增加了224.97×10⁸ m³的来水量,年增加量的最大、 最小值分别出现在2003年和2004年。     

黄河流域近40年蒸发皿蒸发量的气候变化特征

利用黄河流域及其周边123个气象站1961～2000年20cm口径蒸发皿资料,分析了黄河流域蒸发皿蒸发量的气候变化趋势。结果表明,就整个流域平均而言,尽管在1960～2000年期间,黄河流域年平均温度升高了0.6℃,但蒸发皿蒸发量却呈明显下降趋势,黄河流域年蒸发皿蒸发量在20世纪80～90年代较60～70年代下降了136mm,下降幅度为7.5%;蒸发皿蒸发量的下降主要表现在夏季和春季,秋季和冬季不明显。对蒸发皿蒸发量气候变化的空间分析表明,局部区域与整个流域的气候变化趋势并不完全同步,黄河流域上游和下游蒸发皿蒸发量呈下降趋势,中游呈持平并略有上升趋势。     

环境变化对滦河流域径流影响的定量研究

为了研究气候变化和人类活动(环境变化)对地表径流的定量影响程度,应用有序聚类分析法等确定了滦河流域径流变化的基准期和人类活动影响期,采用HBV模型还原了人类活动影响期间滦河流域天然径流量,识别了气候变化、人类活动对滦河流域人类活动影响期间径流的定量影响程度.研究结果表明:1979年之前是滦河流域径流序列的基准期,基准期内HBV水文模型对滦河流域天然径流过程具有良好的模拟效果.1980年以后人类活动对滦河流域地表径流影响加剧,天然径流与实测径流产生分离,人类活动影响期(1980-2007年)相对于基准期(1960-1979年)的变化而言,气候变化、人类活动影响因素对地表径流的影响分别占径流减少总量的55%和45%,人类活动在不同水平年对地表径流量的影响不同.随着人类活动影响的加剧,气候变化对滦河流域径流的影响在逐渐减弱,人类活动对该流域的影响在增强.     

开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的定量分析

开都河是注入博斯腾湖的最大河流,1958～2002年间平均入湖水量达23.62×10⁸m³,占博斯腾湖总补给量的80%以上。1958年以来开都河灌区灌溉引水量维持在8.17×10⁸m³～13.18×10⁸m³之间,其中20世纪60年代灌溉引水量平均为10.14×10⁸m³/a,占开都河径流量的31.1%;70年代引水量上升到12.15×10⁸m³/a,为开都河径流量的36.5%;80年代引水量下降到11.29×10⁸m³/a,但引水量仍占开都河径流量的36.5%;90年代灌溉引水量进一步降至9.85×10⁸m³/a,仅占径流量的27.1%。通过水量平衡分析和相关回归计算,得出开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的数值:20世纪60年代平均值为62.4km²;70年代平均值为80.8km²;80年代、90年代分别为90.4km²、76.7km²,2000年以来平均仅为41.3km²。由此可见,45年来开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积的影响经历了弱→强→弱的变化过程。     

全球增温1.5℃和2.0℃对淮河中上游径流影响预估

论文应用第5次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)中5个全球气候模式(Global Climate Models,GCMs)和3种典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)在全球增温1.5℃和2.0℃下的预估结果,分析了淮河中上游地区未来的气候变化特征。进一步基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型定量预估了气候变化对该区域径流量的影响,并量化了预估结果的不确定性。结果表明:SWAT模型在淮河中上游对月径流量具有较好的模拟能力。在全球增温1.5℃和2.0℃下,淮河中上游年平均气温分别较基准期(1986—2005年)增加1.1℃和1.7℃;年降水量较基准期分别相应增加4%和7%;基于SWAT模型预估的年径流量较基准期分别增加5%和8%。未来气候变化不会改变月径流分布特征,年内径流仍集中在盛夏和初秋(6—9月)。预估的月丰水流量明显增加,尤其当全球增温达到2.0℃后,出现洪涝的风险明显增大。未来降水量和径流量预估都存在较大的不确定性,不确定性主要来源于GCMs,在全球增温2.0℃下预估的不确定性更大。     

三江源区水源涵养功能评估

为实现三江源区水源涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,从水源涵养的概念出发,解析水源涵养功能的内涵特征和表征指标,提出了三江源区水源涵养功能评估技术框架,并基于SWAT模型建立三江源区水文模型,通过年尺度、月尺度和日尺度的水文模拟,完成三江源区水源涵养功能定量评估.从水文模型校准结果来看,直门达、唐乃亥和香达3个验证站日径流量最大相对误差不超过17.0%,月径流量最大相对误差不超过13.0%;日尺度模型中直门达站模拟效率系数超过了0.6,其他两个站也超过了0.5,月尺度模型中3个验证站模拟效率系数均超过0.6以上;日尺度模型和月尺度模型验证结果均可接受,在一定程度上较好地揭示出了三江源区的水量输出过程、趋势和规律.应用该模型对水源涵养功能进行定量评估,长江流域、黄河流域、澜沧江流域水资源供给量分别可达到158.8×108、326.2×108、72.6×108 m3;考虑土地利用和植被变化对流域径流输出的影响作用,植被破坏可能导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域地下径流量分别可能减少98.6×108、200.1×108和44.5×108 m3;在相同降水条件下,低植被覆盖会导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域年最大流量的平均值、最大值、最小值分别增加了约80%、60%和30%.研究显示,三江源区在保障下游用水、提升径流调节能力和缓解防洪压力等方面具有突出的作用.      

气候变化和人类活动对武江流域年径流及最大日流量影响的定量分析

针对气候变化与人类活动对流域年径流及最大日流量变化影响的定量识别问题,以华南湿润区武江流域为例,分别采用HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）模型和敏感性系数法,从日和年尺度定量模拟和评估气候变化与人类活动对流域年最大日流量和径流变化的影响过程及贡献率。结果表明：HIMS模型在武江流域适用性良好,日尺度模型率定期和验证期的纳西效率系数分别为0.85和0.77,水量平衡误差绝对值分别为3.1%和3.3%;两种方法均表明气候变化是引起流域年径流量增加的主要因素,人类活动导致了流域径流量的减少,但贡献率较小。气候变化与人类活动导致了流域年最大日流量的增加,气候变化对年最大日流量增加的贡献率为94%,而人类活动的贡献率则为6%。相较于年均径流量,气候变化对年最大日流量的影响更为显著。     

土地利用变化对赣江流域径流的影响研究

论文以赣江流域为研究区,基于SWAT分布式水文模型及SUFI-2 算法,利用流域DEM、土地利用、土壤、气象等数据,结合GIS和RS技术,对流域土地利用变化的径流响应进行定量分析与研究。结果表明:影响模型模拟效果前3 位的敏感参数分别为ALPHA_BF、CN2、ESCO,得出率定期和验证期的模拟值与实测流量过程拟合程度较优,其R²和Nash-Sutcliffe 效率系数E_{NS均高于0.90,相对误差|Re|均小于3%;流域内1990 年与2000 年土地利用均以林地、水稻田、草地为主,此3 种类型约占流域总面积的85%;在相同气象条件下,两期土地利用情景下的月、年均径流量变化趋势较为一致,2000 年土地利用情景下的年径流量比1990 年略大;相比1990 年土地利用情景,2000 年产水量增加最为显著的区域主要为赣江流域东部、东南部和西南部,建筑用地、水浇地和裸岩面积的增加、林地面积的减少可能是引起产水量增加的主要因素。}     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。