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《北京林业大学》 2013年
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北京山区典型小流域土地利用/森林覆被变化的水文生态响应研究

王友生  
【摘要】:由于气候变化和人类活动的影响,北京地区面临着水资源短缺和水土流失严重等生态问题,北京山区作为北京市的重要生态屏障,在涵养水源和保持水土资源等方面起到非常重要的作用,但是由于山区水源涵养林不合理的配置结构阻碍了当地水源涵养林生态功能的发挥。为了进一步了解森林植被对水资源的调控作用,本论文结合国家“十二五”林业公益性行业科研专项“典型森林植被对水资源形成过程的调控研究”,选择北京山区典型小流域半城子和红门川流域为研究对象,通过两个流域土地利用变化和降水径流变化的趋势分析,阐述土地利用/森林覆被变化和降水变化对径流过程的影响,并利用分布式水文模型WetSpa extension模拟分析流域不同土地利用/森林覆被变化的径流变化情况,以期为北京山区森林植被建设和水资源调控提供理论依据。主要研究成果如下: (1)研究时段内半城子流域呈阔叶林增加,混交林先增后减小,针叶林、灌木林和水域面积减少的趋势;流域农田和水域分布在250-350m海拔之间的平地或者缓坡地上,各林地主要分布在坡度大于15。的不同海拔和坡向上。结合Fragstats软件分析得知,流域景观和斑块的连通性增加,破碎化程度降低。红门川流域呈阔叶林、针叶林、灌木林和农田增加,混交林和水域减少的趋势;水域和农田分布在550m以下的平地和缓坡地上,林地大多数分布在6。以上的不同海拔和坡向上。景观和斑块的连通性变差,形状变复杂,破碎化程度增大。两个流域的各种土地利用类型间呈双向高速转换的平衡状态。 (2)研究时段内两个流域降水量和径流量都呈下降趋势,但是下降趋势并不一致。利用双累积曲线法将两个流域的研究时段都划分为基准期(1990-1997年)和变化期(1998-2006年)两个阶段,半城子流域变化期径流深较基准期减少了132.6mm,土地利用/森林覆被变化和降水对径流变化的贡献分别为27.9%和72.1%;红门川流域变化期径流深较基准期减少了132.7mm,土地利用/森林覆被变化和降水各自的贡献为44.4%和55.6%。两个流域后期土地利用/森林覆被变化都起到一定的减少径流的作用。 (3)WetSpa extension模型模拟的半城子流域和红门川流域年均径流、月均径流和日均径流都能满足相对误差小于15%,决定系数R2大于0.60,纳什系数Ens值大于0.60的要求,达到乙等水平,模型在北京山区典型小流域具有较好的适用性;并且两个流域的日径流模拟效果要好于年月模拟。通过数字滤波法基流分割与、VetSpa extension模型模拟径流分割对比发现两种方法分割的两个流域基流比例相差不大,均在50%左右,认为用WetSpa extension模型模拟的壤中流和地下径流结果可信。 (4)半城子流域在丰水年下2005年的土地利用结构比1990年土地利用产流明显减少,而平水年和枯水年下,不同土地利用方式产流差别不明显;不同森林植被类型调蓄径流能力不同,产流量的大小依次为灌木林针叶林混交林阔叶林。红门川流域2000年的土地利用结构具有很好的水源涵养功能,在丰水年和平水年水源涵养效果更加显著而在枯水年差异并不明显;不同森林植被类型调蓄径流能力依次为灌木林针叶林混交林阔叶林。两个流域均表现出阔叶林径流组分中壤中流和地下径流所占比例最大,调蓄径流能力最强。两个流域的径流随森林覆被率的增加而减少,当流域森林覆被率增加到超过60%时,总径流量减少幅度明显变小,但是壤中流和地下径流所占比例持续增加。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S715

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