收藏本站
《中国林业科学研究院》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

泾河流域土地利用景观格局变化及其对径流的影响

刘芳  
【摘要】:黄土高原是世界上水土流失最为严重的区域之一。该地区森林覆盖率低、水资源短缺、生态环境十分脆弱。近几十年来,在该区开展的荒山造林、退耕还林还草等重大林业生态工程无疑对遏制水土流失和改善生态环境起到了积极的改善作用。然而,这些生态工程的实施也显著地改变了区域内的土地利用/覆被和景观格局,并深刻地影响着流域的水文循环过程和水资源安全。因此,深入认识土地利用/覆被变化和景观格局变化之间的关系以及预测退耕还林工程后森林植被变化对径流量的长期影响,不仅对于揭示土地利用类型和景观格局变化对于水文过程的影响机制具有重要的理论价值,而且可为流域水土资源的合理规划和生态恢复等提供宝贵的指导意见。本研究以位于黄土高原中部的泾河流域为研究区域,收集了流域水文、气象和土地利用等方面的数据,基于Arc GIS、Fragstats和统计软件研究了流域土地利用类型和景观格局变化及对径流的影响。首先,分析了泾河流域1966-2010年间降水量和径流量的动态变化特征,确定了年径流量发生突变的时间点,并以此量化评估了气候变化(主要是降水)与人类活动对径流影响的贡献率。其次,研究了泾河流域1980-2015年间土地利用/覆被及其景观格局的变化特征,并分析了流域径流的响应。最后,为预测退耕还林工程实施后对流域径流量的长期影响,以泾河干流上游为例,模拟分析了不同森林覆盖率和林龄华北落叶松人工林对径流的影响。主要结论如下:(1)采用Mann-Kendall非参数检验法、Sen斜率估计法和Mann-Kendall秩检验法研究了流域降水量和径流量的年际变化规律,结果表明:1966-2010年间泾河流域的降水量呈微弱的下降趋势,但趋势不显著,平均每年降低0.6 mm;流域的年径流深呈极显著降低,平均每年降低0.7 mm。综合应用累积距平曲线法和双累积曲线法确定了1986年和1997年为降水-径流关系变化的突变点,并将整个研究期分为三个时期:1966-1985年、1986-1996年和1997-2010年。以1966-1985年为基准期,应用双累积曲线法计算得出:气候变化(主要指降水)对径流减少的贡献率由1986-1996年的60.7%下降到1997-2010年的16.8%,而人类活动对径流减少的贡献率则由39.3%上升到83.2%,表明人类活动已成为影响流域径流减少的主要原因。(2)应用Arc GIS 10.2软件分析了泾河流域的土地利用/覆被演变特征,结果表明:1980-2015年间,耕地和草地是泾河流域的主要土地利用类型,二者共占总面积的87%以上;其次是林地,占比8.98%-9.97%;而水域、建设用地和未利用土地三者之和占比小于2.90%。从空间分布来看,耕地、草地和林地都呈现出镶嵌布局的分布特征。1980-2015年泾河流域的土地利用转移主要发生在耕地、林地、草地和建设用地之间,尤其在退耕还林还草工程实施初期(2000-2005年),流域总体净变化率(Sa=1.11%)、转移态势(Pt=0.71)和净变化速度(Rt=0.22%)都超过了其它时段,表明在此时段内土地利用类型之间的转换程度最剧烈。具体来说,1995-2015年间流域耕地减少了949.04 km2,主要是流向了林地、草地和建设用地,而林地增加了441.09 km2,则主要来源于耕地和草地,草地面积增加了223.54 km2,主要来源于耕地和林地,建设用地面积增加了307.37 km2,主要来源于耕地,而水域面积总体变化不大。(3)应用Fragstats 4.2软件分析了流域景观格局的变化特征,结果表明:1980-2015年间泾河流域景观格局整体朝着低连通、破碎化和异质性高的方向演变。在斑块类型水平上,林地是流域内最破碎的景观类型;耕地和草地在流域内有较大的优势度,但二者均呈现出先增加后降低的趋势;受人类活动的影响,耕地、林地以及水域的斑块形状趋于简单规则化,而草地和建设用地斑块形状则向复杂化演变。(4)应用Spearman相关分析研究了景观格局与径流之间的关系,结果表明:最大斑块指数(LPI)、蔓延度指数(CONTAG)和面积加权平均斑块形状指数(AWMSI)与年径流深呈显著或极显著正相关,说明斑块优势度的提高、聚集度的增加和其形状的复杂化有利于径流的形成;相反地,斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、景观分割度(DIVISION)和Shannon均匀度指数(SHEI)与年径流深呈显著或极显著负相关,说明景观破碎化和异质性的提高对径流有明显的阻滞作用。(5)以华北落叶松人工林为例,应用SWIM生态水文模型模拟研究了流域森林景观格局变化的水文响应,结果表明:在泾河干流上游,随着华北落叶松人工林覆盖率的增加,流域的蒸散量呈增加趋势,但年径流深、枯水期径流深和丰水期径流深均呈下降趋势;随着华北落叶松人工林林龄的增加,从幼龄林到近熟林,流域蒸散量呈增加趋势,但之后其值基本保持不变;相反地,年径流深、枯水期径流深和丰水期径流深从幼龄林到近熟林呈下降趋势,而之后径流深减少的速率也在逐渐降低。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P333;S714.7

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 黄志霖;田耀武;肖文发;马德举;;三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响[J];生态学报;2013年23期
2 赵广举;穆兴民;温仲明;王飞;高鹏;;皇甫川流域降水和人类活动对水沙变化的定量分析[J];中国水土保持科学;2013年04期
3 常建国;王庆云;武秀娟;崔璐;刘世荣;;山西太行山不同林龄油松林的水量平衡[J];林业科学;2013年07期
4 张文帅;王飞;穆兴民;李锐;何毅;;近25年延河流域土地利用/覆盖变化的时空特征[J];水土保持研究;2012年05期
5 王计平;杨磊;卫伟;陈利顶;黄志霖;;黄土丘陵区景观格局对水土流失过程的影响——景观水平与多尺度比较[J];生态学报;2011年19期
6 张淑兰;王彦辉;于澎涛;张海军;刘革非;屠新武;;泾河流域近50年来的径流时空变化与驱动力分析[J];地理科学;2011年06期
7 张淑兰;王彦辉;于澎涛;张海军;屠新武;;人类活动对泾河流域径流时空变化的影响[J];干旱区资源与环境;2011年06期
8 穆兴民;张秀勤;高鹏;王飞;;双累积曲线方法理论及在水文气象领域应用中应注意的问题[J];水文;2010年04期
9 陈晓宏;王兆礼;;东江流域土地利用变化对水资源的影响[J];北京师范大学学报(自然科学版);2010年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 吕振豫;黄河上游区人类活动和气候变化对水沙过程的影响研究[D];中国水利水电科学研究院;2017年
2 王亚蕊;基于土壤水分植被承载力的叠叠沟小流域植被优化配置[D];中国林业科学研究院;2016年
3 花东文;延河流域土地利用景观格局变化对径流输沙的影响[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2015年
4 宋双飞;甘肃小陇山林区不同林龄华北落叶松根系特征与氮磷养分研究[D];西北农林科技大学;2014年
5 林炳青;流域景观格局变化对不同时间尺度径流影响的SWAT模拟分析[D];福建师范大学;2014年
6 王晓康;天山中部林区不同林分条件下地表径流和土壤侵蚀特征研究[D];新疆农业大学;2013年
7 潘帅;区域水资源植被承载力计算系统开发及其应用[D];中国林业科学研究院;2013年
8 张成凤;基于遗传算法的榆林市水资源优化配置的研究[D];西北农林科技大学;2008年
9 张翠萍;面向生态的区域水资源优化配置与建模研究[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张晓晓;张钰;徐浩杰;;1950~2005年大通河流域径流变化特征及影响因素[J];水文;2013年06期
2 黄志霖;田耀武;肖文发;马德举;;三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响[J];生态学报;2013年23期
3 高鹏;穆兴民;王飞;李锐;;黄河中游河口镇-花园口区间水沙变化及其对人类活动的响应[J];泥沙研究;2013年05期
4 张婷;张楠;张远;冯启言;;太子河流域景观格局对流域径流的影响[J];水土保持通报;2013年05期
5 楚纯洁;李亚丽;;近60年黄河干流水沙变化及其驱动因素[J];水土保持学报;2013年05期
6 慕星;张晓明;;皇甫川流域水沙变化及驱动因素分析[J];干旱区研究;2013年05期
7 毛熙彦;蒙吉军;;土地利用变化的水文效应研究进展[J];北京大学学报(自然科学版);2013年05期
8 晏清洪;原翠萍;雷廷武;雷启祥;张满良;苏广旭;;降水和水土保持对黄土区流域水沙关系的影响[J];中国水土保持科学;2013年04期
9 解晨骥;高全洲;陶贞;刘龙海;李珊迟;;东江流域化学风化对大气CO_2的吸收[J];环境科学学报;2013年08期
10 张涛;凡炳文;陈文;;洮河水沙关系变化分析[J];地下水;2013年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏宁;沂河流域土地利用景观格局变化对年径流量的影响[D];山东师范大学;2018年
2 李彤彤;海口市水资源优化配置及调度系统[D];华南理工大学;2018年
3 韩盟伟;延河流域侵蚀产沙对土地利用/覆被变化的响应[D];西北农林科技大学;2018年
4 李金娜;灌溉和施氮方式对冬小麦植株花后氮代谢及籽粒产量的影响[D];河南师范大学;2018年
5 陈震宇;澜沧江水沙关系与趋势预测[D];浙江大学;2018年
6 刘芳;泾河流域土地利用景观格局变化及其对径流的影响[D];中国林业科学研究院;2018年
7 刘时城;延河流域不同尺度水文连通性研究[D];西北农林科技大学;2017年
8 张永嘉;哈尔滨地区水文系统复杂性时空特征分析及影响效应研究[D];东北农业大学;2017年
9 邹加辉;基于CAS理论下的农用地水资源承载力评价及优配研究[D];江西财经大学;2017年
10 吴杰峰;水文干旱对气象干旱的响应及大型水库的影响[D];福建师范大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵广举;穆兴民;田鹏;王飞;高鹏;;近60年黄河中游水沙变化趋势及其影响因素分析[J];资源科学;2012年06期
2 王随继;闫云霞;颜明;赵晓坤;;皇甫川流域降水和人类活动对径流量变化的贡献率分析——累积量斜率变化率比较方法的提出及应用[J];地理学报;2012年03期
3 王计平;杨磊;卫伟;陈利顶;黄志霖;;黄土丘陵区景观格局对水土流失过程的影响——景观水平与多尺度比较[J];生态学报;2011年19期
4 王计平;杨磊;卫伟;陈利顶;黄志霖;;黄土丘陵沟壑区景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响——斑块类型水平[J];生态学报;2011年19期
5 田耀武;黄志霖;肖文发;;基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价[J];生态学报;2011年16期
6 王金花;张胜利;孙维营;黄静;;皇甫川流域近期水土保持措施减沙效益分析[J];中国水土保持;2011年03期
7 田耀武;黄志霖;肖文发;;三峡库区黑沟小流域非点源污染物输出的动态变化[J];环境科学;2011年02期
8 李传哲;王浩;于福亮;杨爱民;严登华;;延河流域水土保持对径流泥沙的影响[J];中国水土保持科学;2011年01期
9 刘宇;吕一河;傅伯杰;;景观格局-土壤侵蚀研究中景观指数的意义解释及局限性[J];生态学报;2011年01期
10 冉圣宏;张凯;吕昌河;;延河流域土地利用/覆被变化模型的尺度转换方法[J];地理科学进展;2010年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代润润;基于SWAT模型的窟野河流域气候变化与人类活动的水文效应研究[D];西北农林科技大学;2015年
2 柳莎莎;气候变化和人类活动对现代黄河输沙量影响的甄别[D];中国海洋大学;2013年
3 王志明;基于GIS的晋西黄土区立地因子分析及类型划分研究[D];北京林业大学;2012年
4 孙德泉;井冈山国家级自然保护区水源涵养能力研究[D];中国地质大学(北京);2012年
5 杨佳丽;甘肃梨园河流域径流模拟及对气候变化的响应[D];兰州大学;2010年
6 王占印;六盘山植被特征及其对水分条件的响应[D];中国林业科学研究院;2009年
7 刘殿君;赤峰市敖汉旗小流域防护林空间对位配置研究[D];内蒙古农业大学;2009年
8 刘恩;人工水源涵养林水文效应与优化造林研究[D];北京林业大学;2009年
9 董剑;区域水资源承载力评价研究[D];天津理工大学;2009年
10 徐延达;基于SWAT模型的长川流域生态水文过程模拟研究[D];内蒙古大学;2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈娟;李杰;马志鹏;刘凌;;兴化市1988-2002年景观格局演变分析[J];珠江现代建设;2011年05期
2 陈玲玲;易琳;刘会玉;;苏州市重点区域景观格局的演化[J];城市问题;2016年12期
3 张芳;塔西甫拉提·特依拜;许仲林;依力亚斯江·努尔麦麦提;;艾比湖地区生态景观格局空间演变分析[J];广西师范大学学报(自然科学版);2016年04期
4 卢钖钖;;环高原湖泊人居环境的景观格局差异分析[J];工程建设与设计;2017年19期
5 秦向东;闵庆文;;元胞自动机在景观格局优化中的应用[J];资源科学;2007年04期
6 韩文权;常禹;胡远满;李秀珍;布仁仓;;景观格局优化研究进展[J];生态学杂志;2005年12期
7 任韶红;苏雷;朱京海;;景观格局优化研究进展综述[J];资源环境与发展;2012年04期
8 代克志;向刚;胡锋;詹奉丽;娄方吉;;花溪河流域景观格局变化与水土流失相关性研究[J];亚热带水土保持;2017年04期
9 李潇然;;准东开发区景观格局动态变化特征研究[J];农村科技;2018年01期
10 欧阳芳;戈峰;;农田景观格局变化对昆虫的生态学效应[J];应用昆虫学报;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 沈竞;王国俊;王浩;;驱动因子与景观格局综合指数的相关分析——以江苏省为例[A];第九届中国不确定系统年会、第五届中国智能计算大会、第十三届中国青年信息与管理学者大会论文集[C];2011年
2 战金艳;;区域城市化进程中景观格局变化及其环境效应分析[A];认识地理过程 关注人类家园——中国地理学会2003年学术年会文集[C];2003年
3 刘毅华;叶长盛;;华南快速发展地区土地利用景观格局及其变化典型研究——以广东省佛山市南海区为例[A];《自然地理学与生态建设》论文集[C];2006年
4 秦向东;闵庆文;;景观格局优化研究进展[A];中国生态学会2006学术年会论文荟萃[C];2006年
5 董玉森;;武汉市土地利用景观格局变化研究[A];认识地理过程 关注人类家园——中国地理学会2003年学术年会文集[C];2003年
6 李君;戴文远;;沙溪流域景观格局变化及驱动力分析[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年
7 魏静;葛京凤;郑小刚;;基于重心模型的景观格局时空变化分析——以石家庄西部太行山区为例[A];中国地理学会2006年学术年会论文摘要集[C];2006年
8 黄义雄;;福建滨海地区景观格局优化研究[A];地理学与生态文明建设——中国地理学会2008年学术年会论文摘要集[C];2008年
9 樊芳玲;;土地整理工程对丘陵山区景观格局的影响[A];中国农业工程学会2011年学术年会(CSAE 2011)论文摘要集[C];2011年
10 李静;李向新;陈云波;施昆;鹿琳琳;;基于地理国情的大理市景观格局变化及驱动力分析[A];云南省测绘地理信息学会2017年学术年会论文集[C];2017年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 青岛日报、青岛观、青报网记者 崔武;塑造城市风貌特色 构建空间景观格局[N];青岛日报;2016年
2 本报记者 袁弘;文化:构建“一环两轴四线五片”空间保护展示体系 景观:构建城市“三轴四片多点”整体景观格局[N];成都日报;2017年
3 记者 董良军;加快文化项目建设 提升城市内在品质[N];安康日报;2015年
4 记者 姜春晖;突出特色 打造精品[N];洛阳日报;2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何东进;武夷山风景名胜区景观格局动态及其环境分析[D];东北林业大学;2004年
2 仇恒佳;环太湖地区景观格局变化与优化设计研究[D];南京农业大学;2005年
3 刘丹;黑龙江省土地覆盖景观格局对气候变化响应的研究[D];东北林业大学;2007年
4 赵军;平原河网地区景观格局变化与多尺度环境响应研究[D];华东师范大学;2008年
5 汪雪格;吉林西部生态景观格局变化与空间优化研究[D];吉林大学;2008年
6 欧定华;城市近郊区景观生态安全格局构建研究[D];四川农业大学;2016年
7 郭伟;北京地区生态系统服务价值遥感估算与景观格局优化预测[D];北京林业大学;2012年
8 王瑗;流域尺度景观格局时空演变与生态系统健康评价研究[D];东北师范大学;2012年
9 贾丹;延庆风沙区景观生态风险评价及景观格局优化[D];北京林业大学;2009年
10 刘娜;洞庭湖区景观格局变化及其调蓄功能影响研究[D];湖南农业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严珅;京津冀县域城镇化与景观格局变化的协调性研究[D];西北大学;2018年
2 随金明;围栏对荒漠草原景观格局的影响[D];宁夏大学;2018年
3 陈琦;龙川江流域景观格局变化及其驱动力研究[D];云南师范大学;2018年
4 刘芳;泾河流域土地利用景观格局变化及其对径流的影响[D];中国林业科学研究院;2018年
5 雷振锋;基于地块和坡面尺度不同农艺景观格局下作物对气候的适应性研究[D];中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所);2018年
6 吴晓斐;城镇化进程中沈抚新城面源污染控制的适应性景观格局策略研究[D];北京交通大学;2018年
7 余先静;四川省森林景观格局变化及驱动力分析[D];四川农业大学;2017年
8 吴晓全;气候变化对三江源地区生态景观格局的影响及其模拟[D];南京信息工程大学;2018年
9 王蕾;基于LANDIS的森林景观格局动态模拟[D];福州大学;2016年
10 舒心;土壤重金属累积对土地利用与景观格局的响应研究[D];浙江大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026