土地利用模式對(duì)遼東河流生態(tài)水文影響研究

以洮河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于swat模型模擬，從多年平均徑流、典型年徑流和徑流波動(dòng)性等3方面探討土地利用變化對(duì)河川徑流過(guò)程的影響．結(jié)果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用變化背景下，上游甘南片區(qū)徑流量減少、下游黃土片區(qū)徑流量增加；土地利用變化對(duì)上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對(duì)洮河上游甘南片區(qū)徑流波動(dòng)有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動(dòng)有一定的增強(qiáng)．

以洮河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于swat模型模擬，從多年平均徑流、典型年徑流和徑流波動(dòng)性等3方面探討土地利用變化對(duì)河川徑流過(guò)程的影響．結(jié)果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用變化背景下，上游甘南片區(qū)徑流量減少、下游黃土片區(qū)徑流量增加；土地利用變化對(duì)上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對(duì)洮河上游甘南片區(qū)徑流波動(dòng)有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動(dòng)有一定的增強(qiáng)．

河流健康與生態(tài)水文研究的挑戰(zhàn)——河流健康與生態(tài)水文研究的挑戰(zhàn)

贛江是鄱陽(yáng)湖的最大支流,是鄱陽(yáng)湖水污染物的主要來(lái)源,查明流域土地利用方式對(duì)贛江水質(zhì)的影響和鄱陽(yáng)湖的水環(huán)境保護(hù)具有重要意義?；?012年對(duì)贛江7個(gè)主要支流nh+4-n、tp、codmn和do濃度的每月測(cè)定結(jié)果,通過(guò)不同空間尺度和土地類型等級(jí)劃分,利用相關(guān)分析和冗余分析研究土地利用方式對(duì)贛江流域河流水質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明,子流域的土地利用方式對(duì)tp的影響大于緩沖區(qū);對(duì)codmn的影響在豐水期大于緩沖區(qū),在枯水期小于緩沖區(qū);對(duì)nh+4-n的影響在豐水期與緩沖區(qū)接近,在枯水期小于緩沖區(qū);do受土地利用方式的影響較小。水田中的丘陵水田是贛江水體tp和豐水期codmn的主要來(lái)源;平原水田是枯水期codmn的主要來(lái)源。居民建設(shè)用地中的城鎮(zhèn)用地是贛江水體tp、nh+4-n和豐水期codmn的主要來(lái)源,農(nóng)村用地是codmn的主要來(lái)源。水域中的水庫(kù)坑塘是贛江水體tp和豐水期nh+4-n、codmn的主要來(lái)源。

以大通河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,利用1985年和2005年土地利用數(shù)據(jù),結(jié)合swat分布式水文模型定量評(píng)估了流域土地利用/覆被變化的水文效應(yīng).結(jié)果表明:1985-2005年大通河流域的土地利用變化主要表現(xiàn)為草地向耕地、居工地轉(zhuǎn)變,草地所占比例由46.7％驟降至20.9％,而耕地面積由1985年的1065.8km2增加到2005年的3243km2;相較于1985年的土地利用情景,2005年土地利用情景下的模擬的多年平均徑流增加了1.92×108m3,由于上中下游主要的土地利用/覆被變化不同,導(dǎo)致流域徑流變化增加程度由西北至東南逐漸增大;大通河流域年徑流的增加主要表現(xiàn)為汛期徑流增加,訊期月平均徑流增幅達(dá)到了0.40×108m3·mon-1;非汛期徑流則呈不明顯減小趨勢(shì),平均降幅為0.024×108m3·mon-1.合理規(guī)劃大通河流域土地利用方式,提高水源區(qū)涵養(yǎng)能力,對(duì)流域水資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.

運(yùn)用多測(cè)站校正檢驗(yàn)機(jī)制率定方法,應(yīng)用mikeshe模型量化評(píng)價(jià)土地利用與降水變化對(duì)流域水文的影響。結(jié)果表明,盡管mikeshe模型在流域上游大閣站的模擬性能稍遜于下會(huì)站和戴營(yíng)站,3個(gè)測(cè)站校正和驗(yàn)證階段的nash-sutchliffe系數(shù)值分別為0.56和0.49、0.65和0.69、0.57和0.68,但模型對(duì)于各測(cè)站平均徑流的模擬效果較好,說(shuō)明該模型在潮河流域等華北土石山區(qū)具有一定的適用性和應(yīng)用潛力。與基準(zhǔn)期(1963—1979年)相比,1980—1989年潮河流域年徑流量減少約22mm,土地利用與降水變化對(duì)流域水文變化的貢獻(xiàn)相當(dāng),兩者分別占總徑流變化的59%和41%;1990—1999年年徑流量較基準(zhǔn)期基本沒(méi)有變化,這主要是由于降水變化與土地利用變化對(duì)流域水文的影響作用相反;2000—2008年,流域年徑流量較基準(zhǔn)期減少35mm,降水變化對(duì)徑流減少的影響作用占80%,土地利用變化則占20%。

隨著人民采用自然資源的程度越來(lái)越高，全球水資源短缺，但又伴隨嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，這兩類問(wèn)題已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的關(guān)注。氣候和土地利用的變化對(duì)水文、水資源影響重大，因此研究氣候和土地利用變化對(duì)水文水資源的影響已經(jīng)成了一種趨勢(shì)。本文主要闡訴了我國(guó)對(duì)于氣候和土地利用對(duì)水文水資源的研究，及其研究方向、方法和優(yōu)缺點(diǎn)，并且分析了該項(xiàng)研究對(duì)我國(guó)全面可持續(xù)發(fā)展的重大作用。在我國(guó)的現(xiàn)實(shí)、研究基礎(chǔ)上，分析了我國(guó)水資源發(fā)展趨勢(shì)，并且就比基礎(chǔ)之上，提出了我國(guó)在土地利用上的問(wèn)題，并且提出解決，盡可能減少氣候和土地利用對(duì)水資源的不良影響。

利用遙感圖像、1980年和2000年landsattm影像數(shù)據(jù),用分類統(tǒng)計(jì)方法、分段比重百分比指標(biāo)法分析渭河流域土地利用及覆被變化空間分布和轉(zhuǎn)移情況。以清源河小流域?yàn)檠芯繉?shí)例,用分類水文模型對(duì)其進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,黃土高原土地利用及覆被變化對(duì)流域年徑流有顯著影響,即:對(duì)徑流的影響表現(xiàn)為季節(jié)性特征明顯;對(duì)暴雨形成的洪水過(guò)程有延時(shí)效應(yīng)。

利用滇池流域2008年tm影像數(shù)據(jù)和入湖河流67個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù),以子流域?yàn)榛狙芯繂卧?從子流域綜合分析和子流域分類分析兩個(gè)角度,研究土地利用類型(國(guó)家分類標(biāo)準(zhǔn))對(duì)入湖河流水質(zhì)的影響.結(jié)果表明,21個(gè)子流域單元的水質(zhì)污染指標(biāo)(codmn、tp、tn、nh3-n)與居民點(diǎn)及工礦用地呈顯著正相關(guān),與耕地、林地、草地呈負(fù)相關(guān).對(duì)整個(gè)流域而言,城鎮(zhèn)及工礦用地是入湖河流水質(zhì)污染的主要來(lái)源,其污染貢獻(xiàn)掩蓋了耕地的貢獻(xiàn);根據(jù)土地利用結(jié)構(gòu)和空間分布格局的差異,將滇池流域的21個(gè)子流域分為3類(城鎮(zhèn)及工礦用地為主、耕地為主、林地為主).分類分析表明,水質(zhì)污染指標(biāo)與居民點(diǎn)及工礦用地始終呈現(xiàn)正相關(guān),與林地始終呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).同時(shí),討論了土地利用空間格局差異對(duì)水質(zhì)的影響,說(shuō)明土地利用比例結(jié)構(gòu)和分布格局對(duì)水質(zhì)亦具有重要影響,

為了實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)利用和生態(tài)的可持續(xù)維護(hù),以藉河流域5期土地利用數(shù)據(jù)和構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)模型為基礎(chǔ),運(yùn)用馬爾科夫模型對(duì)藉河流域的土地利用及生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果表明:研究時(shí)段內(nèi)坡耕地、梯田、林地和草地的總面積占流域面積的90%以上,坡耕地面積逐期減少,梯田和林地面積增加;1975—2030年流域總的生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈增加趨勢(shì),草地和林地占總價(jià)值比例達(dá)到70%以上;預(yù)測(cè)2020年和2030年流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別增加到5.499億元和5.633億元,1975—2030年間單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值中土壤形成與保持、維持生物多樣性、氣候調(diào)節(jié)和氣體調(diào)節(jié)4項(xiàng)占總價(jià)值的60%左右。

以沂河流域?yàn)槔?在arcgis10.2中解譯沂河流域2005年和2015年遙感影像,得到兩期土地利用數(shù)據(jù).并分析了2005-2015年沂河流域土地利用及其變化情況,以costanza生態(tài)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法為參考,分析了沂河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化情況.結(jié)果表明:研究區(qū)耕地面積顯著減少,但生態(tài)服務(wù)總價(jià)值卻從2005年的2338964萬(wàn)元上升到2015年的2427039萬(wàn)元,上升了約3.77％,這主要是由于林地面積的增加帶來(lái)的較高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值.

為了對(duì)遼寧省土地利用變化引起的排澇模數(shù)影響進(jìn)行更加準(zhǔn)確的模擬研究,以渾河流域排澇區(qū)為研究對(duì)象,利用scs-mike11耦合模型分別對(duì)不同時(shí)期土地利用類型下的排澇模數(shù)進(jìn)行模擬分析,并揭示了排澇模數(shù)隨土地利用變化的作用規(guī)律,然后通過(guò)設(shè)定不同地面硬化率、水旱比和水面率等參數(shù)分別對(duì)土地利用變化條件下的排澇措施進(jìn)行模擬分析.研究成果可為土地利用變化條件下渾河流域制定排澇減災(zāi)技術(shù)措施并確定排澇模數(shù)提供決策依據(jù)和理論支持.

為了對(duì)遼寧省土地利用變化引起的排澇模數(shù)影響進(jìn)行更加準(zhǔn)確的模擬研究,以渾河流域排澇區(qū)為研究對(duì)象,利用scs-mike11耦合模型分別對(duì)不同時(shí)期土地利用類型下的排澇模數(shù)進(jìn)行模擬分析,并揭示了排澇模數(shù)隨土地利用變化的作用規(guī)律,然后通過(guò)設(shè)定不同地面硬化率、水旱比和水面率等參數(shù)分別對(duì)土地利用變化條件下的排澇措施進(jìn)行模擬分析。研究成果可為土地利用變化條件下渾河流域制定排澇減災(zāi)技術(shù)措施并確定排澇模數(shù)提供決策依據(jù)和理論支持。

流域尺度上土地利用類型與水體水質(zhì)之間存在相關(guān)關(guān)系,這種相關(guān)關(guān)系同時(shí)會(huì)受到各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響.在自然或半自然區(qū)域內(nèi),土地利用類型與水質(zhì)的相關(guān)關(guān)系比較顯著.然而,在城市區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)將會(huì)影響土地利用類型與水質(zhì)的相關(guān)關(guān)系.為證實(shí)這一現(xiàn)象的存在,選取京津地區(qū)11個(gè)小流域?yàn)檠芯繉?duì)象,分別從小流域綜合分析和小流域聚類分析2個(gè)角度,分析土地利用類型及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征與河流水質(zhì)的關(guān)系,并以溫榆河小流域情景分析進(jìn)一步探討社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用類型與河流水質(zhì)關(guān)系的影響,結(jié)果顯示,聚類分析中,半自然區(qū)域中小流域的tn、tp、nh4+-n均與土地利用類型相關(guān),而城市區(qū)域中小流域的tn、tp、nh4+-n均與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相關(guān),社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的差異改變甚至削弱了土地利用類型與河流水質(zhì)的相關(guān)性,驗(yàn)證了假設(shè)現(xiàn)象的存在.因此,在跨域城鄉(xiāng)梯度的區(qū)域尺度研究水體水質(zhì)及其影響因素的相關(guān)性時(shí),需要綜合考慮土地利用類型及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征.

水利工程是國(guó)家基礎(chǔ)性工程建設(shè)項(xiàng)目,是關(guān)于民族發(fā)展大計(jì)的重點(diǎn)工程隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們生產(chǎn)生活對(duì)水資源的需求量越來(lái)越大。過(guò)度的對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)人們賴以生存的地球環(huán)境造成了極大的破壞。在此緊迫形勢(shì)下,為了能夠達(dá)到人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)同生態(tài)環(huán)境的和諧穩(wěn)定發(fā)展,世界各國(guó)都在加大水利工程治理研究的力度,力求從改造現(xiàn)有水利工程,減少水利工程開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)河流等生態(tài)環(huán)境的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)。文章就水利工程建設(shè)對(duì)河流生態(tài)的影響進(jìn)行了分析探討,并提出了相關(guān)的減少水利工程建設(shè)對(duì)河流生態(tài)造成影響的策略。

水利工程的發(fā)展給我們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,使人民的生活水平進(jìn)一步的提高,取得如此的成果自然讓人欣喜,但是在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)我們必須正視的問(wèn)題的存在,水利工程的建設(shè)確實(shí)在一定程度上改善了河流生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀,但是這種發(fā)展更多的是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)尤其是河流生態(tài)系統(tǒng)造成的嚴(yán)重破壞,本文通過(guò)研究水利工程對(duì)河流生態(tài)造成的影響,提出了改善河流系統(tǒng)的相關(guān)策略。

為研究海河流域徑流對(duì)土地利用變化的響應(yīng),以阜平流域、匡門(mén)口流域和界河鋪流域?yàn)檠芯繀^(qū),利用1970—2011年的水文氣象資料,分析了不同土地利用的時(shí)空轉(zhuǎn)移特征,然后結(jié)合swat(soilandwaterassessmenttool)模型,設(shè)置4種土地利用情景,評(píng)價(jià)了土地利用變化對(duì)徑流的影響。結(jié)果表明:模型能夠較好地模擬全年及汛期月流量過(guò)程;多年徑流量呈下降趨勢(shì),20世紀(jì)80年代到90年代中期呈波動(dòng)性變化;不同的土地利用類型在時(shí)空上的轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)可逆性,主要是林地增加,草地減少,耕地略有增加;林地的增加和草地的減少會(huì)降低汛期徑流量以及最大月徑流量;汛期徑流系數(shù)隨著林地面積的增加而減小。合理地規(guī)劃土地利用格局,對(duì)控制流域水文事件具有重要意義。

水資源短缺和洪澇災(zāi)害已經(jīng)成為全球關(guān)注的重大問(wèn)題。氣候與土地利用變化對(duì)水文水資源的影響已引起全人類的廣泛關(guān)注。本文旨在介紹氣候與土地利用變化對(duì)我國(guó)水文水資源系統(tǒng)影響研究的進(jìn)展、方法、技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn),并分析其對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃決策建設(shè)的具有重要意義?？偨Y(jié)了其發(fā)展趨勢(shì),進(jìn)一步分析了我國(guó)在這方面的研究進(jìn)展,在此基礎(chǔ)上,提出了主要問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

土地利用/覆被變化是導(dǎo)致流域水資源發(fā)生變化的重要原因.以中國(guó)西北地區(qū)的洮河流域?yàn)檠芯繀^(qū),構(gòu)建適宜于洮河流域的分布式水文模型(swat),在綜合考慮流域1985-2000年間土地利用/覆被變化特征的基礎(chǔ)上建立多種土地利用/覆被情景,并對(duì)不同情景下的水文過(guò)程進(jìn)行模擬,得到以下結(jié)論:(1)經(jīng)校準(zhǔn)后的swat模型,其驗(yàn)證期的相關(guān)系數(shù)r~2、相對(duì)誤差r_e和效率系數(shù)e_(ns)分別為0.83、-8%和0.68,說(shuō)明swat模型在洮河流域徑流量模擬中具有較高的適用性.(2)草地、林地和耕地是洮河流域的主要土地利用類型.林地的壤中流、土壤濕度和產(chǎn)水量最大,耕地的地表徑流和蒸散量最大.與1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下地表徑流增加了1.72%,地下徑流和產(chǎn)水量降低了0.8%和0.4%;耕地?cái)U(kuò)張和城鎮(zhèn)建設(shè)用地情景下流域地表徑流明顯增加,生態(tài)恢復(fù)情景下流域地表徑流和產(chǎn)水量均有所降低.(3)從月徑流量來(lái)看,林草地可以減小最大與最小流量的變幅,而耕地的作用正好相反.與1985年相比,2000年土地利用/覆被情景下汛期地表徑流增加1.67%,地下徑流減少0.83%,產(chǎn)水量減少0.36%;非汛期地表徑流增加1.86%,地下徑流減少0.63%,產(chǎn)水量減少0.46%.說(shuō)明林草地減少對(duì)非汛期的影響更大.

水庫(kù)的建設(shè)既是對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)水文環(huán)境的改善,又是保障當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)安全,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要舉措。文章采用數(shù)字濾波遞歸法、時(shí)段分析法以及iha軟件、aquapak軟件建立基流量、暴雨徑流、斷流等生態(tài)水文指標(biāo),選取本溪水文站、遼陽(yáng)水文站、小林子水文站1955-2007年的水文觀測(cè)數(shù)據(jù),分析湯河、葠窩、觀音閣水庫(kù)建設(shè)對(duì)本溪河段、遼陽(yáng)河段、小林子河段的生態(tài)水文指標(biāo)的影響。結(jié)果表明:太子河流域大型水庫(kù)建設(shè)進(jìn)一步減少了河流汛期基流量,增加了汛前基流,減少了汛期洪水發(fā)生次數(shù);增加了遼陽(yáng)河段斷流頻次?？梢?jiàn),太子河流域大型水庫(kù)建設(shè)對(duì)河流水文情勢(shì)和生態(tài)系統(tǒng)的改善帶來(lái)了顯著效果,可為河流生態(tài)修復(fù)以及水庫(kù)水量調(diào)度提供依據(jù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值評(píng)估研究是可持續(xù)發(fā)展評(píng)估研究的關(guān)鍵內(nèi)容和焦點(diǎn)。在遙感和gis技術(shù)支持下,本文分析了2000-2008年石羊河流域各市縣土地利用及其變化。在此基礎(chǔ)上,參考costanza生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法和中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表,分析近10年來(lái)研究區(qū)土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響及其變化情況。結(jié)果表明:在2000-2008年間,石羊河流域土地利用變化以耕地、未利用地和草地為主,主要體現(xiàn)在流域中下游地區(qū)?？傏厔?shì)為林地、草地和未利用地的面積減少,耕地和建筑用地的面積顯著增加。這一變化直接影響到生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化。就單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值而言,各市縣差異非常明顯,整個(gè)流域存在明顯的自上而下的空間梯度分異。近10年間,流域中下游地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值均呈現(xiàn)增加趨勢(shì),而上游山區(qū)呈較少趨勢(shì)。這表明中下游地區(qū)受到強(qiáng)烈的外界干預(yù),區(qū)內(nèi)環(huán)境正朝著有利于生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的方向轉(zhuǎn)變,而上游山區(qū)生態(tài)環(huán)境則呈現(xiàn)有所惡化的趨勢(shì)。

本文通過(guò)研究土地利用/覆蓋變化和生態(tài)安全的相互關(guān)系,探討了兩者的相關(guān)性,并在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)土地利用/覆蓋情景模式下的生態(tài)安全進(jìn)行了深入分析,提出了相應(yīng)政策建議。