土地利用/覆蓋對洞庭湖流域水土流失影響

利用不同時相的遙感影像解譯成果數(shù)據(jù),在地理信息系統(tǒng)軟件支持下,分析鄱陽湖流域土地利用時空格局、土地利用類型的變化趨勢及其變化速率等。研究結(jié)果表明,自1985-2010年近25年來,鄱陽湖流域的主要土地利用類型為林地和耕地;研究期內(nèi),工礦居民點(diǎn)用地、林地和水域面積增加,而耕地、草地和未利用地面積減少;工礦居民點(diǎn)用地增加來源主要為耕地,林地來源主要為耕地,水域來源主要為未利用地;從土地利用穩(wěn)定性來看,工礦居民點(diǎn)用地相對不穩(wěn)定,從流域分析來看,鄱陽湖區(qū)的土地利用相對最不穩(wěn)定。

太湖流域水土流失評價技術(shù)與綜合防治體系研究

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,不合理土地利用方式/土地覆蓋變化造成的非點(diǎn)源污染已成為長江流域水環(huán)境不斷惡化的重要原因之一。長江流域,特別是長江中上游地區(qū)是我國水土流失的重點(diǎn)地區(qū)之一。水土流失將泥沙和土壤中的營養(yǎng)元素、殘留的農(nóng)藥、化肥及動植物殘體帶入水體,使水體懸浮物、化學(xué)需氧量、總磷、總氮等含量增加,水質(zhì)污染加重,這是造成長江干流汛期水質(zhì)變差的主要原因。雖然針對長江流域的研究很多,但土地利用/覆蓋變化對長江流域水質(zhì)的非點(diǎn)源污染卻一直沒有引起人們的足夠重視。在分析當(dāng)前長江流域非點(diǎn)源污染現(xiàn)狀和3s技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出建立基于土地利用/覆蓋變化的長江流域非點(diǎn)源污染模擬信息系統(tǒng),并結(jié)合3s技術(shù)勾畫出該系統(tǒng)的框架。該系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用,對維持流域生態(tài)平衡,采取合理的土地管理方式,保護(hù)長江水資源的可持續(xù)利用,特別是三峽庫區(qū)的生態(tài)安全具有重要意義。

為了保持太湖流域在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展過程中的生態(tài)平衡，保護(hù)水土資源及流域農(nóng)村環(huán)境，穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，抑制面源污染（降雨徑流污染），解決土地退化和太湖水質(zhì)污染及富營養(yǎng)化問題。作者以太湖流域宜溧山區(qū)的溧陽市為例，探討了太湖地區(qū)中小尺度水土流失評價區(qū)劃技術(shù)與綜合防治體系理論與實(shí)施辦法，試圖形成具有太湖流域特色的水土流失防治模式———“蘇南模式”。其內(nèi)容與主要成果如下：（１）采用定性討論與定量分析相結(jié)合的方法，對影響水土流失的氣候因素、土壤因素、地質(zhì)因素、地形因素、植被因素和人為因素進(jìn)行了統(tǒng)計分析與評價，總結(jié)、歸納了各因素對水土流失影響的一般規(guī)律；（２）在對影響水土流失單因素分析評價的基礎(chǔ)上，選取坡位、坡形、坡度、土壤類型、有效土層厚度、植被蓋度、土地利用類型７個指標(biāo)為自變量，土壤侵蝕模數(shù)為因變量，利用數(shù)量化模型ｉ對８７塊模式地進(jìn)行了回歸分析，獲得如下土壤侵蝕預(yù)測模型：ｙｋ＝ｂ０＋∑ｐ１＋１ｊ＝１∑ｍ１ｉ＝１ｂ（ｊ，ｉ）ｋ（ｊ，ｉ）＋∑ｐｊ＝ｐ１＋１ｂ（ｊ）ｘｋｊ其中ｙｋ是第ｋ點(diǎn)的因變量值，ｋ（ｉ，ｊ）表示第ｋ點(diǎn)第ｊ定性因子第ｉ等級的反應(yīng)，ｘｋｊ表示第ｋ點(diǎn)第ｊ定量因子的觀測值。ｂ０是常系數(shù)，ｂ（ｊ，ｉ）表示第ｊ定性因子第?

以洮河流域為研究區(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性等3方面探討土地利用變化對河川徑流過程的影響．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；土地利用變化對上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對洮河上游甘南片區(qū)徑流波動有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動有一定的增強(qiáng)．

基流是干旱區(qū)最重要的枯季水文特征之一,在維持河川徑流和維護(hù)流域生態(tài)安全等方面具有重要意義?；趯幭那逅恿饔蛏嫌?980年、1995年、2000年、2013年四期土地利用數(shù)據(jù)及原州水文站1984—2014年日徑流資料,采用枯季徑流分割法進(jìn)行了基流分割,分析了流域基流、基流指數(shù)與景觀格局指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,研究了流域景觀格局變化對基流的作用。結(jié)果表明:(1)30年中,草地是清水河上游的主導(dǎo)性景觀類型。流域景觀多樣性隨時間的推移逐漸增加,整體向好;(2)1984—2014年,清水河上游徑流量呈顯著減少趨勢(p<0.01),基流量呈極顯著減少趨勢(p<0.001);(3)景觀格局指數(shù)與基流量的關(guān)系較徑流量密切,基流量與面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(shapeam)、斑塊結(jié)合度(cohesion)、最大斑塊指數(shù)(lpi)、斑塊豐富度密度(prd)、周長—面積分維數(shù)(pafrac)這5個指標(biāo)的相關(guān)性較高,其中與shape_am,cohesion,lpi呈顯著正相關(guān),與prd,pafrac呈顯著負(fù)相關(guān)。研究結(jié)果可為清水河上游流域生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

以洮河流域為研究區(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性等3方面探討土地利用變化對河川徑流過程的影響．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；土地利用變化對上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對洮河上游甘南片區(qū)徑流波動有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動有一定的增強(qiáng)．

以滇池流域為研究對象,根據(jù)1976年、1987年、1999年、2007年、2015年5個時間節(jié)點(diǎn)下的tm遙感影像圖為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),采用erdas進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)督分類,通過eviews實(shí)證研究流域范圍內(nèi)土地利用變化對水體污染指標(biāo)的影響.結(jié)果表明:(1)滇池流域的土地利用在近40年來發(fā)生了明顯的改變,其中建設(shè)用地顯著增加,耕地和其他地類顯著減少,水域和林地變化不明顯.(2)滇池流域的水體顯著受到近40年來土地利用變化情況的影響而呈現(xiàn)日趨惡化的趨勢,如無進(jìn)一步的土地利用改進(jìn)措施,隨著建設(shè)用地的增加,可能會進(jìn)一步惡化.

利用滇池流域2008年tm影像數(shù)據(jù)和入湖河流67個監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù),以子流域為基本研究單元,從子流域綜合分析和子流域分類分析兩個角度,研究土地利用類型(國家分類標(biāo)準(zhǔn))對入湖河流水質(zhì)的影響.結(jié)果表明,21個子流域單元的水質(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).對整個流域而言,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,討論了土地利用空間格局差異對水質(zhì)的影響,說明土地利用比例結(jié)構(gòu)和分布格局對水質(zhì)亦具有重要影響,

人類進(jìn)入21世紀(jì)，土地利用與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系日益受到重視。土地利用與生態(tài)環(huán)境的和諧共生一直以來就是人類追求與自然和諧共處的重要目標(biāo)，但其失敗的案例卻時常充斥著人類生存與發(fā)展的歷史進(jìn)程。水土流失現(xiàn)象就是一種人類利用土地的不當(dāng)造成的環(huán)境生態(tài)的破壞。在我國，黃土高原的水土流失現(xiàn)象要最為典型與嚴(yán)重。

通過小流域的降雨形成徑流及土壤流失定點(diǎn)定位的試驗研究,分析了三者(降雨徑流水土流失)的主要成因,找出了基本規(guī)律及經(jīng)驗預(yù)報方程。

隨著鄱陽湖流域開發(fā)進(jìn)程加快,土地利用類型勢必發(fā)生轉(zhuǎn)移,從而對鄱陽湖流域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。為了能反映鄱陽湖流域由于土地利用變化對土壤侵蝕的影響效應(yīng),本文通過采用3s技術(shù)手段,獲取鄱陽湖流域土地利用空間數(shù)據(jù)與土壤侵蝕數(shù)據(jù),引入土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣指數(shù)和土壤侵蝕強(qiáng)度指數(shù),對鄱陽湖流域土地利用變化和土壤侵蝕效應(yīng)空間關(guān)系進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明:①1985年～2000年間,影響鄱陽湖流域土壤侵蝕強(qiáng)度變化的土地類型主要集中在農(nóng)田、林地和草地,而水域、工礦居民用地與未利用地三種土地類型對土壤侵蝕強(qiáng)度變化總體變化不大;②加重土壤侵蝕強(qiáng)度的主要是林地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田、林地轉(zhuǎn)化為草地、草地轉(zhuǎn)化為農(nóng)田;而土地利用類型農(nóng)田轉(zhuǎn)化為林地、林地內(nèi)部之間的轉(zhuǎn)化減輕了侵蝕強(qiáng)度。土地利用類型和土壤侵蝕強(qiáng)度之間的定量研究結(jié)果反映了土壤侵蝕效應(yīng)的變化,與鄱陽湖流域的水土流失現(xiàn)實(shí)情況一致。

選取位于長江三峽水庫小江支流回水末端的漢豐湖流域為研究對象,運(yùn)用arcgis空間分析與統(tǒng)計分析方法,分析了漢豐湖流域河岸在不同緩沖區(qū)尺度的土地利用格局,并建立了河岸不同尺度緩沖區(qū)內(nèi)土地利用與河流水質(zhì)的關(guān)聯(lián).結(jié)果表明:(1)林草地在各個緩沖區(qū)尺度內(nèi)均對cod、nh3-h、tn、tp具有一定的削減作用,對水體質(zhì)量保護(hù)起著積極作用.(2)建設(shè)用地、耕地在各個尺度緩沖區(qū)內(nèi)與cod、nh3-h、tn、tp呈正相關(guān),表明建設(shè)用地、耕地比重的增加會對水質(zhì)保護(hù)產(chǎn)生負(fù)面影響.(3)建議為降低城市化進(jìn)程對環(huán)境的負(fù)面影響,應(yīng)優(yōu)化區(qū)域土地利用格局,合理規(guī)劃河岸帶,特別是500m范圍內(nèi)的城市緩沖帶.

贛江是鄱陽湖的最大支流,是鄱陽湖水污染物的主要來源,查明流域土地利用方式對贛江水質(zhì)的影響和鄱陽湖的水環(huán)境保護(hù)具有重要意義?；?012年對贛江7個主要支流nh+4-n、tp、codmn和do濃度的每月測定結(jié)果,通過不同空間尺度和土地類型等級劃分,利用相關(guān)分析和冗余分析研究土地利用方式對贛江流域河流水質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明,子流域的土地利用方式對tp的影響大于緩沖區(qū);對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的主要來源;平原水田是枯水期codmn的主要來源。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的主要來源,農(nóng)村用地是codmn的主要來源。水域中的水庫坑塘是贛江水體tp和豐水期nh+4-n、codmn的主要來源。

以1987年、2000年、2014年的landsat影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助envi,arcgis,fragstats等軟件,提取了土地利用信息,計算了景觀指數(shù),定量分析了流域土地利用變化及其對景觀格局的影響.結(jié)果表明:(1)近30年來,南四湖流域土地利用變化突出表現(xiàn)為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,耕地面積減少1069.15km2,建設(shè)用地面積增加1573.26km2.2000-2014年,土地利用綜合動態(tài)度為0.461％,是1987-2000年的4倍.(2)景觀結(jié)構(gòu)上,耕地是流域的主導(dǎo)斑塊,面積約占70％,30年來占景觀面積的比例降低了3.85％,斑塊形狀趨于復(fù)雜;建設(shè)用地日益發(fā)展為優(yōu)勢斑塊,占景觀面積的比例指數(shù)增加了6.1％.耕地與建設(shè)用地斑塊在景觀中的變遷,使得流域自然生態(tài)功能受到較為嚴(yán)重的干擾.(3)流域總體的景觀特征表現(xiàn)為優(yōu)勢斑塊明顯,景觀比較完整,但空間異質(zhì)性較高而連通性較低.近30年來景觀結(jié)構(gòu)由較完整的大斑塊主導(dǎo)、演化成小斑塊圈點(diǎn)狀穿孔于大斑塊的格局,景觀破碎化較為嚴(yán)重.

為研究海河流域徑流對土地利用變化的響應(yīng),以阜平流域、匡門口流域和界河鋪流域為研究區(qū),利用1970—2011年的水文氣象資料,分析了不同土地利用的時空轉(zhuǎn)移特征,然后結(jié)合swat(soilandwaterassessmenttool)模型,設(shè)置4種土地利用情景,評價了土地利用變化對徑流的影響。結(jié)果表明:模型能夠較好地模擬全年及汛期月流量過程;多年徑流量呈下降趨勢,20世紀(jì)80年代到90年代中期呈波動性變化;不同的土地利用類型在時空上的轉(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,對控制流域水文事件具有重要意義。

以欽江流域為研究對象,在gis軟件的支持下,構(gòu)建研究區(qū)swat分布式水文模型,以徑流和泥沙實(shí)測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行校準(zhǔn)和驗證,結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)r2高于0.9,nash-sutcliffe系數(shù)高于0.8,模型模擬精度較高。在固定天氣因子等不變的情況下,基于1990、2008年兩期土地利用數(shù)據(jù),模擬研究區(qū)1968—2008年徑流產(chǎn)沙過程,并分析土地利用/覆被變化對水文效應(yīng)的影響,結(jié)果表明:1990—2008年土地利用變化主要表現(xiàn)為林地、水田面積減少,旱地、草地、水域和建設(shè)用地面積增加;與1990年土地利用情景相比,2008年土地利用情景下徑流和輸沙總量均增加,土地利用變化對產(chǎn)流影響較小,對產(chǎn)沙影響較顯著;由土地利用變化引起的月均徑流產(chǎn)沙變化量為汛期增幅大于非汛期;土地利用變化對枯水年徑流產(chǎn)沙過程影響最大,平水年次之,豐水年影響最小。

利用遙感圖像、1980年和2000年landsattm影像數(shù)據(jù),用分類統(tǒng)計方法、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。以清源河小流域為研究實(shí)例,用分類水文模型對其進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,黃土高原土地利用及覆被變化對流域年徑流有顯著影響,即:對徑流的影響表現(xiàn)為季節(jié)性特征明顯;對暴雨形成的洪水過程有延時效應(yīng)。

采用gis空間分析與傳統(tǒng)統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法,通過在arcgis8.1的grid模塊中,對瀾滄江流域南段土地的柵格(grid)圖進(jìn)行地圖代數(shù)運(yùn)算,形成具有復(fù)合數(shù)據(jù)的新grid數(shù)據(jù)表;對新生成grid屬性表的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算,獲得研究時段內(nèi)不同空間范圍的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣數(shù)據(jù)及各類用地上的土壤侵蝕數(shù)據(jù);通過土壤侵蝕綜合指數(shù)(index)的計算,反映了不同區(qū)域、不同土地利用類型上的土壤侵蝕程度及其變化.研究結(jié)果表明,耕地、其它林地、低覆蓋度草地上土壤受侵蝕的可能性較其它用地類型大;耕地、中覆蓋度草地、水域的土壤侵蝕強(qiáng)度較其它用地類型大;土地利用變化對土壤侵蝕變化的影響在瀾滄江中游和下游區(qū)域表現(xiàn)較為明顯,而在上游區(qū)域不明顯;上游區(qū)域土壤侵蝕的主導(dǎo)因素不是土地利用及其變化,而是地形、氣候等其它因素.

水利工程建設(shè)往往造成大量的移民,并因此在安置區(qū)造成大量的水土流失。科學(xué)的水土流失評估不僅應(yīng)包括施工建設(shè)期由于大量的土方工程造成的水土流失量,運(yùn)行期安置區(qū)內(nèi)由于人類生產(chǎn)生活活動造成的水土流失也應(yīng)是主要的水土流失評估內(nèi)容。文章根據(jù)土地-人口-經(jīng)濟(jì)的耦合作用,建立土地生態(tài)系統(tǒng)模型,對江西dw水利工程移民安置區(qū)可能產(chǎn)生的水土流失進(jìn)行了全面估測,并提出了控制安置區(qū)水土流失的措施,如開發(fā)小流域綜合治理模式和生態(tài)農(nóng)業(yè)模式等。

以福建永安安砂庫區(qū)生態(tài)公益林為研究對象,通過設(shè)置徑流小區(qū),分別在坡度25°和32°的林地中,設(shè)計4種不同間伐強(qiáng)度處理(不間伐、20%、40%、60%間伐強(qiáng)度),研究不同間伐強(qiáng)度及間伐后補(bǔ)植楓香兩種改造措施對庫區(qū)生態(tài)公益林林地水土流失的影響。結(jié)果表明:40%及60%間伐強(qiáng)度林地的水土流失量大于不間伐處理,中高強(qiáng)度間伐后套種楓香的改造措施同樣加大了庫區(qū)生態(tài)公益林地的水土流失,但小于間伐措施的流失量,且水土流失量隨著坡度的增加而加大。而在適當(dāng)?shù)牡蛷?qiáng)度間伐(20%間伐強(qiáng)度)條件下,實(shí)施兩種改造措施之后的庫區(qū)生態(tài)公益林的水土流失量與不間伐處理之間差異并不明顯。因此,選擇在低坡度(25°)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡蛷?qiáng)度(20%間伐強(qiáng)度)間伐并套種楓香等闊葉樹種,可達(dá)到在兼顧生態(tài)效益的同時,科學(xué)合理地利用生態(tài)公益林的林木和景觀資源的目的。

通過對貴州巖溶地區(qū)水土流失的調(diào)查研究表明,地質(zhì)條件是控制水土流失的一個主導(dǎo)因子,碳酸鹽巖石有成土速度慢、成土量小、地表徑流不易形成、水土流失量小而流失隱患大的特點(diǎn);碳酸鹽巖石在水土流失方面的類型分異由含泥量決定,可分為純灰?guī)r、泥灰?guī)r、純白云巖及泥質(zhì)白云巖4類。石灰?guī)r類形成的土壤堅實(shí)度較為穩(wěn)定,為4.0～8.0之間,而白云巖類形成的土壤堅實(shí)度較不穩(wěn)定,為3.0～13.5之間。同時,斷層構(gòu)造、節(jié)理裂隙以及巖層與坡向的關(guān)系均對水土流失特征有明顯的影響。