基于L-THIA模型的市桥河流域非点源氮磷负荷分析

以番禺市桥河流域为研究对象,利用现场建立的不同土地利用类型的径流场实测降雨径流数据,对长期水文影响评价模型(L-THIA)的主要参数进行校正,模拟计算该流域非点源氮磷负荷量,并分析土地利用和降雨变化对氮磷负荷输出的影响.结果表明,市桥河流域内非点源氮磷污染高负荷区主要集中在农业用地和城镇用地,单位面积污染负荷输出最高的为农业用地.从1995~2010年,流域非点源氮磷负荷呈增加趋势,TN增加了17.91%,而TP的增加幅度达到了25.30%.随着流域城镇化的迅速发展,城镇用地明显增加,所占比例达到了43.94%,2010年对负荷总量的贡献率也已超过40%,几乎与农业用地持平,这也是近15年来流域内农业用地面积虽然有所降低,但污染负荷总量仍然增加的主要因素.流域内降雨主要集中在汛期,因而汛期非点源氮磷负荷亦远高于非汛期,占全年比例超过了85%.不同降雨类型发生次数与污染负荷的Pearson相关分析表明,日降雨量大于20 mm的降雨是造成流域内非点源氮磷污染的主要降雨类型.     

西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究

以位于太湖地区的西苕溪流域为研究区,利用Arcview3.2的水文模拟和空间分析扩展模块进行子流域划分和典型小流域选择,通过对2000年TM/ETM遥感影像解译获得流域土地利用数据.在2004年分3次(7月、9月、12月)监测了各个小流域出口的总氮浓度,用以表征流域氮素输出强度.基于以上数据,分析了小流域氮素输出的时空变化差异以及土地利用结构对氮素输出影响.结果表明:各个小流域氮素输出差异很大,空间上有从上游到下游逐渐增大的趋势,时间变化上,西苕溪流域中下游的小流域氮素输出7月>9月>12月,上游地区的小流域则与之相反,这与流域的降雨径流分布和土地利用方式差异有关.多个小流域的对比分析表明,流域土地利用结构对氮素输出的影响更大.流域内林地面积比例越大,氮输出强度越小;相反,与人类活动有关的土地利用类型如耕地和居民地比例增大将带来氮素输出增大的后果,而氮素输出的强度似乎与流域面积大小无关.     

典型城郊土地利用格局对水体抗生素的影响研究

阐明城郊地区土地利用格局对水环境中抗生素的影响,对维持城乡共生体水土安全和保障人居环境健康有重要意义.本研究基于典型城郊流域的定位监测,比较了不同等级子流域水体抗生素的组成、浓度和分布特征,探讨了土地利用格局对水体抗生素的影响.结果表明,研究区水体中抗生素浓度为1.126~54.236 ng·L^-1,不同等级子流域水体抗生素的种类和浓度有较大的差异.子流域土地利用结构与水体抗生素的种类和浓度密切相关,由主坐标分析（PCoA）可知,具有相似土地利用结构的子流域水体抗生素组成和浓度具有相似性.相关分析表明,子流域中城镇、农田和林地的面积比例与水体中四环素类抗生素（TCs）的浓度密切相关,而园地面积比例与水体中磺胺类抗生素（SAs）的浓度关系密切.耦合景观格局分析表明,水体抗生素总浓度与香农多样性指数（SHDI）和蔓延度指数（CONTAG）呈显著相关性（p<0.05）;四环素类抗生素与边界密度（ED）、香农多样性指数、均匀度指数（SHEI）、蔓延度指数和聚集度指数（AI）呈显著相关性（p<0.05）.通过构建逐步回归模型进一步表明,水体抗生素的浓度与园地、林地面积和香农多样性指数关系密切.研究结果表明受人类活动干扰程度大、景观破碎化较为严重的区域水体抗生素的浓度较高.     

西苕溪典型小流域土地利用对氮素输出的影响

在太湖地区的西苕溪流域不同地理位置选择了11个小流域,于2004年分3次野外监测氮素输出浓度.利用多年降雨径流关系估算径流量,用于计算各小流域氮素输出负荷与强度,结合2000年TM遥感影像获得的各小流域土地利用数据,综合分析了土地利用对流域氮素输出的影响.结果表明,流域土地利用结构对氮素输出具有重要影响,流域耕地面积比例与氮素输出水平呈正比,而林地比例与氮素输出水平呈反比;各小流域面积的大小与氮素输出负荷呈正相关,而小尺度流域面积对氮素输出浓度和单位面积氮素输出强度无关.     

黄河中游砒砂岩地区长川流域生态用水分析

在野外实地观测的基础上,利用GIS和情景分析方法,对地处典型黄河中游砒砂岩地区的内蒙古长川流域不同水土流失综合治理和退耕还林(草)情景下的生态用水特征进行分析。结果表明:长川流域平均蒸散量和平均生态用水量分别为274.3mm和370.7mm,植被蒸散的水分消耗较大,但流域降雨量基本能满足植被的蒸散耗水需求,流域的整体生态用水量处于较适宜水平。研究区水土保持生物措施情景(B2方案)的生态用水量小于适宜生态用水阈值(411.3mm),但其植被蒸散量大于有效降雨量(279.0mm),从长远角度看,B2方案还是受水分(降雨)条件的限制;而4种退耕还林(草)情景的生态用水量和植被蒸散量均小于适宜生态用水阈值和有效降雨量,不受降雨条件的限制。     

城郊流域源汇景观格局与水体抗生素的关系

阐明城郊地区土地利用格局对水体抗生素的影响,对于维护水质安全和城乡居民健康具有重要意义.本研究以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,基于不同子流域定位监测,研究了城郊流域水体抗生素的组成和分布特征,基于源汇景观模型探讨了流域源汇景观格局特征对水体抗生素的影响.结果表明,不同子流域水体抗生素含量和种类存在较大差异,抗生素的浓度变化范围为1.12～53.74 ng·L~(-1).景观分析表明研究区从上游到下游"源"景观的面积逐渐增大,而"汇"景观的面积逐渐减小.不同子流域水体抗生素的非度量多维尺度分析(NMDS)发现具有相似源汇景观格局的子流域水体抗生素组成和含量具有一定的相似性.土地利用的组成及其在海拔、坡度和距离上的分布都对水体抗生素浓度有不同程度的影响.相关分析和冗余分析(RDA)表明,源汇景观负荷比指数(LWLI)与水体抗生素浓度呈正相关关系,子流域LWLI越大其水体抗生素浓度越高.通过流域景观格局优化,使"源""汇"景观在空间上合理分布,可以减少水体抗生素污染.     

Estimating changes in flood risks and benefits of non-structural adaptation strategies - a case study from Tyrol,Austria

Flood damage has increased significantly and is expected to rise further in many parts of the world. For assessing potential changes in flood risk, this paper presents an integrated model chain quantifying flood hazards and losses while considering climate and land use changes. In the case study region, risk estimates for the present and the near future illustrate that changes in flood risk by 2030 are relatively low compared to historic periods. While the impact of climate change on the flood hazard and risk by 2030 is slight or negligible, strong urbanisation associated with economic growth contributes to a remarkable increase in flood risk. Therefore, it is recommended to frequently consider land use scenarios and economic developments when assessing future flood risks. Further, an adapted and sustainable risk management is necessary to encounter rising flood losses, in which non-structural measures are becoming more and more important. The case study demonstrates that adaptation by non-structural measures such as stricter land use regulations or enhancement of private precaution is capable of reducing flood risk by around 30 %. Ignoring flood risks, in contrast, always leads to further increasing losses—with our assumptions by 17 %. These findings underline that private precaution and land use regulation could be taken into account as low cost adaptation strategies to global climate change in many flood prone areas. Since such measures reduce flood risk regardless of climate or land use changes, they can also be recommended as no-regret measures.     

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。     

降雨变化对鄱阳湖区乐安河流域非点源产污的影响

以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明：不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。     

Effectiveness of erosion mitigation measures to prevent muddy floods: A case study in the Belgian loam belt

During the previous decade, 68% of the municipalities in the Belgian loam belt have been confronted with muddy floods from agricultural catchments after intense rainfall. A muddy flood means that runoff concentrates in a dry valley causing damage to infrastructure and housing property downstream. A typical problem area is the village of Velm where a permanent river is constrained by a culvert designed to accommodate its peak discharge. However, the design of the culvert does not take the local flooding from seven dry valleys just upstream into account. This study focuses on peak discharge from one of these agricultural catchments (ca. 300 ha). The Meshed Hydrological Model (MHM) is used to evaluate the effectiveness of mitigation measures to reduce flooding. Seasonal variation of soil cover in cropland and difference in land use patterns, i.e. before and after land consolidation is explicitly taken into account. The land cover spatial pattern was mapped at regular intervals during 2003. The largest potential of runoff generation occurs in December, and therefore represents a worst-case scenario. Mitigation measures implemented after the extreme event of August 2002 (i.e. a 12 ha grassed waterway and a retention dam in the thalweg) alleviate the flooding risk in Velm. The model simulates a peak discharge and a runoff volume reduction of more than 40%. The retention pond would buffer the generated runoff volume entirely for the worst-case scenario. Land consolidation carried out in the 1970s has led to an increase in peak discharge by 33% and in runoff volume by 19%. The major role played by a new consolidation road built in the thalweg on runoff concentration is highlighted. Implementation of additional soil conservation measures is therefore needed to limit runoff generation within the catchment.     

亚热带丘陵区流域不同土地利用系统磷素径流输出特征

土地利用的环境影响是目前生态系统研究中的重要课题。以位于亚热带低山丘陵地区的安徽省宣城市梅村中2个相邻的支流域为实例,研究了具有不同土地利用结构的农－林生态系统地表径流水的磷素含量和输出。结果表明：林地－水塘－农田－村庄系统水溶性磷（DP）含量＞＞林地－水塘系统DP含量和林地－农田系统DP含量,后二者间没有显著性差异;林地－水塘－农田－村庄系统悬浮泥粒结合态磷（PAP）含量＞＞林地－农田系统PAP含量＞林地－水塘系统PAP含量,三者存在显著性差异。总磷的输出量为：林地－水塘－农田－村庄系统＞＞林地－农田＞林地－水塘系统。土地利用类型和结构对磷素输出有明显影响,村庄的存在显著地影响下游的水质,农田（水稻田）显著地增加悬浮颗粒和颗粒含磷的输出。流域磷素主要是随土壤泥粒的流失而输出,在3个系统中磷素的含量都以PAP的含量为主,占水中全磷量的73％－99％,平均为90％。流域3种土地利用系统地表径流水中的PAP的含量（PAP＜400mg/L时）均与悬浮泥粒的含量有一定的线性相关关系,而只有林地－水塘－村庄系统中DP含量与PAP含量存在对数相关关系。     

黄土丘陵区小流域土地覆被变化对径流产沙量的影响

为探讨黄土丘陵区小流域土地覆被变化特征及其对流域径流产沙量的影响,以黄土丘陵区吕二沟、罗玉沟及其嵌套流域(桥子沟)等3个小流域为研究对象,运用数理统计学、配对流域等方法定量分析了3个小流域不同研究时段内土地覆被变化对径流产沙量的影响.结果表明,1982~2004年间,林地面积以1.07%/a的速率快速递增是吕二沟流域土地覆被变化的最明显特征,而罗玉沟流域在国家坡改梯工程影响下,坡耕地面积大幅减少,1986~1995年间约73%坡耕地转化为梯田;结合配对流域法可知,土地覆被变化是导致流域径流和产沙减少的主要原因,在相同降雨条件下,径流深、泥沙量分别减少43.76%和35.23%.流域年径流模数与年降水量和流域森林覆被率均呈指数关系,流域森林覆被率增加5%,径流模数可减少18.43%~37.58%.     

北京城区典型内涝积水原因诊断研究——以上清桥区域为例

近年来城市暴雨频发导致内涝灾害广受关注,系统分析城市内涝原因是当前城市水文研究的热点和难点。论文以北京市典型积水点上清桥易积水区为例,基于排水管网、地形、下垫面、河道边界等数据构建研究区精细化洪涝模型,并以2012年“7·21”和2016年“7·20”两场典型暴雨的实测积水深度验证模型的适用性。结果表明,上清桥区域管网现状排水能力小于1 a一遇,当发生1 a一遇及以上设计降雨时上清桥有发生积水的风险。引起研究区积水频发主要有四方面因素,按主次关系排列：局部地势因素>管网因素>下垫面因素>河道顶托,最后基于分析结果系统提出解决上清桥区域积水的改造方案。     

降雨-径流过程中土壤表层磷迁移过程的模拟研究

以人工降雨的方法，对巢湖边旱作表层土壤在降雨后所产生的磷迁移过程进行了研究，结果表明：在两种雨强植（70mm和35mm）90min内模拟的降雨过程中，供试的土壤产生两种径流模式：表面径流和土壤内部培中流，降雨强度大，表面径流和壤中流始流时间早，水流量和深度相应高，累积输出也多，相同雨强下，农田作物的覆盖作用胡促进壤中流，减缓表面流，但对始流时间的影响不大，4种模拟土类型的表面径流累积输出的大小顺序为：BN70（降雨量70mm，盖度为0）＞BC70（降雨量70mm，盖度为80％）＞BN35（降雨量35mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量７０mm，盖度为０）＞ＢＣ７０（降雨量７０mm，盖度为８０％）＞ＢＮ３５（降雨量３５mm，盖度为０）＞ＢＣ３５（降雨量35mm,盖度为８０％），培中流的量序为：ＹＣ７０＞ＹＮ７０＞ＹＣ３５＞ＹＮ３５，裸露土壤的总磷浓度曲线呈波浪状递减，作物覆盖土壤则呈均匀缓慢的递减趋势，土壤物理结构和作特特征对溶解性总磷的变化趋势起主导作用，在中到大雨条件下，壤中累积输出的径流量都低于表面流，差幅决定于土培表层界面特征，表面径流中的磷迁移量是土壤中流的３－４倍。     

沂蒙山区典型小流域降雨径流的磷素输出特征

以沂蒙山区孟良崮小流域为研究对象,通过监测2010年自然降雨条件下流域出口污染物的流失状况,选取降雨量>2mm的10场降雨,分析降雨径流特征对磷素流失的影响.结果表明,次降雨径流中总磷(TP)、颗粒态全磷(PP)、水溶性全磷(DP)、水溶性无机磷(DIP)浓度变化与流量变化过程不一致,浓度峰值均出现于流量峰值之前,而磷素通量与流量变化过程较为一致,且两者呈较好的线性关系;次降雨径流TP、PP、DP、DIP的浓度最大值及平均浓度(EMCs)差异均较大,其主要受降雨量、最大雨强和平均雨强影响,与降雨历时无显著相关关系,而浓度最小值差异较小;TP以PP流失为主,DP以DIP流失为主,DIP/DP的动态变化与降雨历时、降雨量、最大雨强和平均雨强均无显著相关关系,而PP/TP的动态变化与最大雨强显著相关.DIP、DP、TP的输出受地表径流(DR)和基流(BF)的影响较大,DIP/DP的动态变化及DIP、DP、TP的EMCs与DR/TR(地表径流/总径流量)存在多项式关系,而PP/TP的动态变化和PP的EMCs受DR/TR影响较小.     

云蒙湖流域土地利用变化对非点源氮污染负荷的影响

以临沂市水源地云蒙湖流域为研究区域,利用人工模拟降雨实验,结合输出系数模型获取流域内各土地利用类型氮素输出系数,在GIS和RS支持下,分析近25年来土地利用变化对非点源污染氮素负荷时空变化的影响.结果表明,1986、1995与2010年非点源污染氮素负荷分别为3.77×103、4.45×103、5.5×103t,呈上升趋势;从土地利用类型来看,耕地非点源污染TN逐年增加,其贡献率也逐年增加,贡献率由1986年的80.11%,1995年82.60%上升至2010年85.59%,林地、草地TN变化较小,贡献率呈减小趋势,居民用地TN增加幅度大,但由于面积较小,其贡献率较小;就子流域而言,耕地面积比例高的子流域,氮素污染负荷增加程度较大;流域耕地与氮素负荷呈显著正相关,对氮产出负荷起＂源＂作用,林地、草地与氮素负荷量呈负相关,对氮产出负荷起＂汇＂作用.因而,可通过调整土地利用结构以减少和控制流域氮流失对水体环境的污染.     

黄土高原清水河流域土地利用/覆盖和降雨变化对侵蚀产沙的影响

近50 a来,在气候变化和生态恢复与治理工程实施的背景下,黄土高原的侵蚀产沙特征发生了明显的变化。以黄土高原典型中尺度流域清水河流域(面积436 km2)为研究对象,利用1959、1986、2007年的土地利用解译结果和1960—2005年该流域实测输沙和降水资料,采用非参数Mann-Kendall趋势分析法和滑动t检验法研究了该流域年输沙量、降雨量的变化趋势和突变点,并与通用土壤流失方程相结合分析了该流域土地利用和降雨变化对输沙量变化的贡献率。结果表明:该流域年输沙量47 a间有显著的下降趋势,突变点位于1980年;降雨量没有明显的趋势性变化,极端降雨指数下降。降雨因素对输沙量减少的贡献率为9.89%,土地利用的贡献率为90.11%,土地利用变化中工程措施淤地坝的贡献率为5.56%,植被变化的贡献率为84.55%。该流域47 a间乔木林地面积增加了944.27%,灌木林地增加了19.33%,表明清水河流域林地面积增加是导致输沙量减少的主要原因。     

太湖流域城乡建设用地扩张的高程特征变化

文章以城乡建设用地扩张的高程变化为焦点,运用太湖流域1985、1995、2000 和2010 年4 期土地利用数据及90 m DEM数据,通过构建建设用地密度指数、增量比、扩张速度、扩张强度及建设用地高程指数等指标,探寻太湖流域城乡建设用地高程变化的空间分异特征及其演变规律,结果表明:建设用地流域整体扩张的热点从中等高程区向较高和较低高程区转移,且向较低高程区转移态势尤为凸显,流域空间分布上表现为流域东部下游平原河网及北部沿江的城镇密集区和南部苕溪上游山谷地带建设用地向较低高程区逐渐扩张的趋势,而在除苕溪外的流域其他上游山地丘陵区逐渐向较高高程区扩张;新区开发及新城建设推动着城乡建设用地快速扩张,适宜建设土地供给有限与土地财政驱动下用地需求旺盛之间的矛盾迫使建设用地扩张走向较低和较高高程区,尤其苏南城镇密集区向较低高程区转移趋势更显著;建设用地向低海拔地区扩张必然挤占自然蓄滞水空间,分割和阻塞自然行洪通道,且地势低洼处洪水易蓄难排,而高海拔地区扩张会加快汇流缩短下游洪峰时间,导致区域水文安全隐患和内涝事件频发.     

土地利用变化的水土资源平衡效应研究——以西辽河流域为例

北方农牧交错带作为我国传统农区与牧区的交汇和过渡地带,是我国东、中部地区的重要生态屏障地区。选取北方农牧交错带东缘的西辽河流域为案例区,运用遥感、地理信息系统等方法,构建水分亏缺模型,定量计算了西辽河流域不同土地利用情景下的水分亏缺态势,揭示了北方农牧交错带土地利用变化的水土资源平衡效应,研究表明:①1995-2005年,西辽河流域土地利用整体特征未发生重大改变,土地利用表现为耕地面积有所增加、草地面积相对减少的局面;②西辽河流域水土资源平衡总体呈现中度水分亏缺的特征,亏水量较大的区域相对集中在西辽河冲积平原中部地区;③1995-2005年10 a间的土地利用变化使得西辽河流域严重缺水地区面积增加1/4,水分亏缺态势进一步加剧。     

基于生态服务价值的多目标水源地土地利用结构优化

为探讨首都水源地最佳水土资源优化配置模式,选取北京山区怀柔水库流域为研究对象,基于研究区5期(1990、1995、2000、2005 和2008)卫星遥感影像数据,分析了怀柔水库流域1990~2008年间土地利用时空变化特征,并基于生态服务价值理论、灰参数线性规划理论和CLUE-S模型对怀柔水库流域土地利用进行空间优化配置模式研究.结果表明:现有土地利用结构在优化配置后流域生态系统服务功能价值较2008年增加1795.4万元,增幅5.4%.其中,流域涵养水源功能价值量增加最多,为560.9万元,净化大气的价值增长幅度最大,增长率达到9.3%.研究结果可为该区域水土地资源的可持续利用、开发和管理提供科学依据.