基于InVEST模型的大凌河上游区产水功能分析

为探讨大凌河上游区产水功能的定量评估及空间表达,利用InVEST模型计算大凌河上游汇水区产水量,结合ArcGIS平台分析流域产水量空间分布格局及相关性,探讨在不同驱动因子下产水量高低情况。研究结果表明:①2015年大凌河上游汇水区平均产水量为36.72 mm,产水总量为3.41亿m~3/a;②研究区产水量Moran’s I值为0.939,产水量呈现明显空间相关性,朝阳县西部及喀喇沁左翼蒙古族自治县东北部子流域处于Low-Low聚类区,建昌东部子流域为High-High聚类区,流域内无Low-High聚类区与High-Low聚类区;③不同土地利用类型下,林地、草地以及城市与工矿用地产水能力强,水域、未利用地及耕地产水能力弱;④不同土壤质地的平均产水能力依次为棕壤>中性石质土>钙质粗骨土>粗骨土>淋溶褐土>褐土>潮褐土>积钙红黏土>石灰性褐土>潮土>潮棕壤;⑤产水量与降水量显著正相关,与实际蒸散量、潜在蒸散量显著负相关。InVEST模型适用于评估大凌河产水功能研究,不同因素下产水功能差异显著。     

不同土地利用/覆盖类型下海南岛产水量空间分布模拟

设定3种不同的情境,应用InVEST模型,利用水量平衡原理模拟土地利用/覆盖类型变化下海南岛产水量的空间分布。结果表明：海南岛年均产水深可达979.04 mm;其中中部地区产水量最高,西部地区产水量最低;当林地面积逐渐减少、城市建成区面积增长1倍时,产水量的增加量最大,年均产水深可达1004.06 mm;当耕地面积逐渐减少、城市和建成区面积增长1倍时,年均产水深则为1002.22 mm。     

土地利用/覆被变化对产水服务功能的影响：以海南热带雨林国家公园为例

为揭示海南热带雨林国家公园土地利用/覆被变化(LUCC)对产水服务功能时空演变的影响，应用GIS和InVEST模型，分析产水服务功能对LUCC的响应及其成因。结果表明：(1)1990—2018年研究区土地利用发生较大变化，耕地、草地及天然林分别减少68.48%、18.74%及4.89%;水库坑塘、橡胶林和经济林分别增加810.74%、190.42%和38.09%。(2)产水服务功能对LUCC产生明显变化响应，1990—2018年产水总量和产水服务功能总体呈先下降后轻微上升趋势。四期平均产水深分别为1 251.74 mm、1 191.98 mm、1 086.48 mm和1 204.98 mm,并整体呈现出西部产水量低，东部高的空间差异。LUCC是影响产水服务功能变化的重要原因，其中耕地、天然林面积锐减，橡胶林等经济林和水库坑塘面积增加会削弱产水服务功能。因此，未来应合理控制橡胶林等经济林面积，优化配置用地格局。     

东江下游流域城水耦合协调关系评价及其影响因素

针对城镇化进程对水资源系统干扰逐步加强的问题, 基于水资源、水环境、水生态子系统构建水资源环境评价体系,基于空间、人口、社会经济子系统构建城镇化质量评价体系,测算东江下游流域14个区县单元的城水耦合协调度,并运用灰色关联模型分析城水动态耦合关系的主要影响因素。结果表明,2010—2020年大湾区东岸城镇化水平不断提高,水资源环境水平波动上升,城水耦合度提升显著,由磨合阶段转变高水平耦合阶段;耦合协调度在2010—2015年显著提升,2016—2020年微弱下降,其中黄埔、龙华等城市边缘区耦合协调度降幅较为明显,空间分异显著;高水平城水耦合关系下,人口增长、建设用地扩张是胁迫水资源环境的主要因素,水资源紧缺、用水效率低下以及水生态系统服务功能恶化是限制城镇化发展的主要原因。     

北江流域土地利用/覆盖变化对水文过程影响研究

随着社会经济的快速发展,土地利用也发生了剧烈转变。通过采集北江流域2000年和2015年的土地利用/覆盖数据(L1和L2),基于2000年的土地利用情况,假设农业用地被建设用地取代(S1)和农业用地被森林取代(S2)两种极端土地利用情景;并构建分布式水文模型,研究了不同土地利用/覆盖对水文过程的影响。结果表明:农业用地和森林转换为建设用地,导致了径流、产水量和地表径流的增加,以及侧流量、地下水含量和蒸发量的减少;S1是L2情景的极端假设,因此各水文成分相对于L2情景变化更为明显,而S2情景相对于S1情景下的水文过程变化效果相反。不同土地利用情景下的水文响应表明,城市化以及退耕还林导致的土地利用变化都会对水文过程造成巨大影响。     

前坪水库建设前后库区生境质量时空演变与预测

人类活动造成的用地类型变更影响区域生境质量。采用InVEST模型对河南省前坪水库建设前后库区生境质量进行评估，并结合CA-Markov模型对研究区2025年、2035年生境质量状况进行模拟和预测。结果表明：耕地、林地、草地为前坪水库库区主要用地类型，占比为90%左右；2000—2020年耕地面积萎缩，水域20 a内涨幅高达116.94%;研究区生境质量平均值由2000年的0.550 595增大为2015年的0.557 727,但在2020年下降为0.556 880,表明前坪水库建设前库区生境质量整体呈上升趋势，建设后生境质量下降；2020—2035年研究区土地利用和生境质量演变趋势与2000—2020年的基本一致，耕地削减速率减小，建设用地扩张速率明显减缓，生境质量整体仍呈略微下降趋势。     

疏勒河流域水源供给服务时空变化研究

水源供给服务功能对于理解和调节生态系统服务功能至关重要。以疏勒河流域气候、土壤、DEM、水文、土地利用/覆盖变化和统计数据等为基础,运用RS和GIS技术,结合InVEST模型首先对疏勒河流域1980—2020年土地利用与覆被变化进行时空动态分析;其次对流域水源供给功能数量、时空分布特征进行定量评估研究;最后对产水区模拟结果进行模型校验。结果表明：疏勒河流域土地利用类型中未利用地、草地为主、建设用地、水域趋于大幅扩张,林地面积趋于缩减;疏勒河流域1980、2000、2020年流域总产水量分别为1.9458×10⁹、2.1660×10⁹、5.2109×10⁹m³,近40年产水量净增3.2651×10⁹m³,增加1.68倍;水源供给量在近40年内呈现先减少后增大的趋势,水源供给空间分布特点与产水量高值区均主要集中于流域中上游。研究对于定量评估疏勒河流域产水量和流域高质量发展具有重要实践意义。     

皖江流域土地利用与景观格局时空演变研究

为探求皖江流域地区景观变化规律,利用1995年、2005年、2015年3期土地利用数据,分析了1995—2005年、2005—2015年的皖江流域土地利用景观格局及其变化,并利用土地类型适宜性条件约束的MCE-CA-Markov模型预测分析了2025年土地利用景观格局,分析人类活动对景观格局变化的影响。结果表明:1995—2015年,耕地是区域的主导景观类型,预测2025年耕地仍占据优势地位,建设用地会增加。耕地面积的减少与建设用地面积的增加有着明显的相关关系。1995—2015年区域景观呈现均衡化发展,各景观之间的连通性下降;2025年景观的整体均衡性有所下降,景观的不规则化、破碎化程度加深。结合景观开发强度发现,土地利用总程度将会持续增加,耕地开发强度减缓,建设用地的开发强度提高,人类活动是导致景观变化的主要驱动力。     

土地利用变化对潘家口水库控制流域径流影响

以潘家口水库控制流域为研究对象,利用1970、1980、1995和2010年4期土地利用数据分析土地利用时空变化特征,并结合SWAT模型从水文响应单元的角度,分析土地利用变化对流域径流变化及其空间分布的影响。结果表明:土地利用类型变化主要表现为水域减少,林地增加及草地、耕地减少,以及建设用地的扩张;2010年土地利用情景下研究区域中滦河、伊逊河、武烈河与老牛河4个子流域多年平均径流量平均减少6.36%。耕地及草地向林地的转化导致产流量减少,蒸发量增加是径流量减少的主要原因。单纯土地利用变化对潘家口入库径流影响并不大,上游中小水库、塘坝等工程的修建,及工农业和城市用水量的增加等是影响径流变化的主要原因。     

CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用——以洱海流域为例

基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点。利用中国大气同化驱动数据集CMADS驱动SWAT模型,模拟2009～2016年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布特征。结果表明:①CMADS数据集可很好地驱动SWAT模型,在洱海流域适用性较好,可用于水循环模拟研究。②从时间上看,洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势,分别以4.6,29.3,15.0 mm/a的速率递增,多年平均降水量、多年平均实际蒸散发和多年平均产水量分别为792.8,565.5,286.1 mm。从空间上看,洱海西部降水最丰沛,东部地区次之,北部地区最低;实际蒸散发空间差异性相对较小,高值区主要分布于洱海湖区周围;产水量空间分布差异性较大,洱海西部产水量最大,其次为洱海北部和东部山区。③湿润度呈现出增加的趋势,而产水系数表现出减少的趋势,多年平均湿润度和产水系数分别为0.61和0.43;实际蒸散发与降水变化趋势一致,但与潜在蒸散发变化趋势相反,表明水分条件是限制洱海流域潜热的主要因子。     

鄱阳湖湿地南部区域景观格局演变与动态模拟

基于3S技术对鄱阳湖湿地南部区域景观格局变化的分析和预测为管理和保护湿地提供科学依据。基于2000年、2005年、2010年和2015年的4期Landsat遥感影像数据,构建MCE-CA-Markov复合模型模拟鄱阳湖湿地南部区域的景观格局变化,利用遥感解译图检验模型精度,并根据已检验的景观演变限制条件和因子组合制作较优的适宜性图集,最后对2025年景观格局变化进行预测。研究结果表明:①2000—2015年期间,耕地面积不断减少,建设用地和林草地面积呈上升趋势,未利用地大幅下降,水域面积相对稳定;景观要素增多且连通性变弱,景观破碎化程度增强;②鄱阳湖湿地景观格局的动态变化受到自然因素和人为因素的共同影响,其中社会经济发展和城镇化进程因素起着主导作用;③预测模拟得到的2010年和2015年的景观格局与解译的景观格局基本一致,Kappa系数分别为0.927 1和0.863 2,模拟预测精度较高;④2025年模拟预测结果显示,耕地面积和未利用地面积将持续减少,建设用地和林草地面积呈上升趋势,水域面积无明显变化。预测结果表明研究区域景观格局变化比较活跃,生态环境压力大,需要加强耕地保护和合理利用未利用地。     

基于GIS的抚仙湖流域土地利用时空变化研究

高原湖泊是流域内生产生活的重要水源地,维系着当地经济社会的发展,对于调节气候和美化环境起着不可替代的重要作用。由于城镇化的推进和旅游产业的发展,湖泊流域空间格局发生变化,高原湖泊环境污染加剧。以云南省抚仙湖流域为研究对象,运用GIS空间分析技术和数理统计方法,基于2005～2015年3期遥感影像从土地利用幅度变化、土地利用转移类型和土地利用动态度3个方面分析了流域10 a来土地利用时空变化特征。结果表明:①抚仙湖流域土地利用类型以湖泊水面、有林地、旱地、水田和草地为主,水田、有林地和建设用地面积增长,旱地、草地和灌木林地面积减少,园地、湖泊水面和未利用地面积先增后减,水库坑塘先减后增;②土地利用转换类型以农用地向建设用地转移、耕地内部转移和耕地向林地转移3类为主;③不同时期不同地类不同区域的土地利用动态度存在较大差异,2010～2015年与2005～2010年相比,变化更为剧烈,其他建设用地动态度最高,湖泊水面动态度最低,动态度较高的区域分布于湖泊北岸以及西岸中部,而流域北部边缘、西部边缘的动态度较低。研究成果可为该流域生态环境的保护和土地资源的可持续利用提供理论参考。     

长江上游典型山区森林转型的时空格局及模拟——以贵州省遵义市为例

为了探讨长江上游典型山区森林转型过程,在长江经济带绿色发展背景下,以贵州省遵义市为研究区,分析了城镇化加速时期森林转型时空过程,并采用Logistic-CA-Markov耦合模型对2025年森林转型空间格局进行预测。研究表明:2000—2010年间遵义市森林转型特征显著,10 a间林地面积增加113 033.98 hm²;林地变化存在显著的空间分异特征;从土地利用类型转移看,新增林地来源主要是耕地,林地减少主要是由于水域和建设用地占用,林地的土地利用图谱变化以前期变化型和后期变化型为主;利用Logistic-CA-Markov耦合模型对2025年林地空间格局进行模拟,保持当前城镇化和经济发展水平下,未来15 a森林恢复仍将持续,但恢复速度趋缓。研究成果对指导长江上游生态屏障建设及科学认识山区城镇建设、经济发展与生态保护之间的关系具有一定意义。     

淅川县生态服务价值估算及动态变化分析

淅川县是南水北调中线工程渠首所在地,其区域经济发展和生态环境变化受到调水工程的影响,同时也对中线调水的水质有影响。基于1995年、2000年、2005年和2008年的土地利用/覆盖变化数据,估算了淅川县4个时期的生态系统服务价值并分析了其动态变化特征。结果表明:近20年来,淅川县生态服务价值最高为1995年的338 251×104元,由于受人类活动的影响,从1995年-2008年淅川县生态服务价值整体来讲减少了34 837×104元,其中农田和水域面积的减少是主要原因。林地、农田和水域产生的生态服务价值之和超过总价值的90%,并且水源涵养、废物处理和生物多样性保护分列生态服务功能的前三位,其价值之和接近总价值的50%。以调水工程未实施的2000年为界,淅川县生态服务价值1995年-2000年减少了73 650×104元。随着南水北调中线工程水源地生态环境建设的逐渐开展,2000年-2008年服务价值开始增加,2008年达到了303 413×104元,生态环境得到改善。2000年以来,淅川县生态服务价值与GDP的比值不断减小,也说明淅川县在生态环境保护的同时经济仍在不断发展。     

基于SWAT模型的北江流域生态径流调节服务评估

为评估北江流域生态径流调节效果并分析径流调节量的时空变化,基于SWAT模型,考虑气象、水文、下垫面等因素,模拟北江流域水文过程,分别计算1980、2000、2015年的植被生态系统对径流的调节量及其经济价值。结果表明:2015年土地利用情况下,生态系统对北江流域的多年平均年调节径流深为-141.2 mm,调节比例为-12.2%,调节价值量为396.2亿元;丰水期的调节径流深为枯水期1.8倍,调节比例小于枯水期,而且丰水期的调节量主要集中在前汛期。流域上游的调节径流深比下游大,2000年与2015年北江流域调节径流深空间分布基本一致,但由于植被覆盖减少、建设用地扩张,北江流域径流调节量减少0.82亿m³,调节价值量降低5.85亿元。     

基于FLUS模型的流域土地利用变化预测及水文响应评估

模拟未来不同发展情景下流域土地利用变化,评估其对流域水文的影响,对流域的土地利用优化和水安全起着重要的指导作用.通过分析2000—2018年汨罗江流域土地利用变化趋势,基于流域土地利用变化特点,运用FLUS模型从不划定发展控制区域的基准情景和划定限制发展区域的限制情景2个方面出发,进行2035年汨罗江流域土地利用预测,...     

变化环境下韩江生态流量演变特征分析

选取位于粤东、闽西南地区的韩江流域为研究对象,基于CA-Markov模型对2050年流域土地利用空间格局进行预测,构建SWAT分布式水文模型,以未来土地利用情景和气候变化情景为变量进行水文模拟,分析不同情景下韩江生态流量的时空演变特征。结果表明,未来城镇化扩张将使梅江支流中上游成为韩江流域内生态流量对土地利用变化最为敏感的区域;土地利用和气候变化将导致韩江流域枯水期流量整体减小,枯水期流量对环境变化更加敏感;韩江流域生态流量变化特征将呈现从西南到东北由升到降的趋势,梅江支流中上游地区的生态流量将得到改善;梅江和汀江两大支流上游区域生态流量对气候变化更为敏感;韩江流域径流总量下降,但丰枯流量分化加剧,长期来看枯季生态流量保障风险可能进一步增大。     

基于LUCC的秦淮河流域暴雨洪水响应分析

利用CA-Markov模型预测流域2028年土地利用情况,设置3种土地利用情景(自然发展情景、林地限制情景、水田限制情景),建立研究区HEC-HMS水文模型,研究秦淮河流域高速城市化背景下土地利用变化的暴雨洪水响应机制。结果表明①HEC-HMS模型适用于研究区洪水模拟及不同土地利用情景下的洪水响应研究;②洪水规模越小,对土地利用变化的洪水响应越强;③随着流域城市化的演进,土地利用对暴雨洪水的影响程度呈增大趋势,其中自然发展情景下的增加程度最大,水田限制情景次之,林地限制情景最低。研究成果为秦淮河流域LUCC的暴雨洪水响应分析提供了新的思路,也对流域防洪规划与建设有一定的指导意义。     

塔里木河流域绿洲水土资源匹配特征及稳定性分析

水土资源是维持干旱区绿洲可持续发展的关键要素,其时空变化直接影响绿洲的社会经济发展和生态安全.文章旨在通过水足迹与空间分析相结合的方法揭示塔里木河流域绿洲水土资源的时空匹配特征及其相互影响.1990-2015年间塔里木河流域农业水足迹增加了225.2亿m3,人工绿洲增加了1.30万km2,天然绿洲减少了0.16万km2...