太湖地区西苕溪流域水文模型的设计

西苕溪流域位于人口众多，经济发达的太湖流域上游源头地区。受自然和气候特性的影响，该流域频繁遭到洪水灾害的袭击。为了定量研究西苕溪流域洪水发生机制和动态规律，本项目研制了一个局地尺度综合水文模型。该模型由若干个子模型组成，包括新安江模型及明渠河网非恒定流的水力学模型等。     

太湖地区西苕溪流域水文模型的设计与验证

为了定量研究太湖地区上游的西苕溪流域洪水发生机制和动态规律，本项目研制了中小尺度的综合水文模型。该模型设置了较多的参数，每个参数经过大量实测数据的严格率定，具有一定的物理意义。     

基于InVEST模型的青海湖流域产水功能时空变化及驱动因素分析

以青海湖流域为研究区,基于1985—2020年8期土地利用图,结合地形、土壤和气象等数据,运用本地化修正后的InVEST模型及地理探测器方法,模拟流域产水服务、评估产水量空间分异特征、剖析其空间异质性归因。结果显示：青海湖流域1985—2020年产水量变化区间为11.68～81.52亿m³,变化趋势明显,表现为先下降后上升、再下降后上升的“W”型变化趋势;产水深度在空间分布上表现为东南高西北低,高值区均集中在海晏县内;垂直梯度上,产水能力随海拔增加而减弱;地理探测结果显示单因子对产水服务空间分异的解释能力存在显著差异,在不同分区中以气候类因子解释力最为显著;产水服务空间分异的影响程度由多因子共同决定,整体上以降水与实际蒸散量的交互作用解释力为主导因子。     

基于地理探测器的干旱区内陆河流域产水量驱动力分析——以疏勒河流域为例

明确干旱区产水量的驱动因素,能为区域水资源优化和可持续发展提供科学依据。基于MODIS植被指数、HWSD的土壤数据集以及气象要素数据,采用InVEST模型和地理探测器探究疏勒河流域多年平均产水量的空间分布,揭示不同空间尺度上产水量的单因子及双因子交互驱动机制。结果表明:疏勒河流域多年平均产水量呈现南部>北部>中部。流域尺度上,产水量空间格局的主导驱动力为降水,坡度与降水交互驱动作用最为显著。区域尺度上,南部山区、北部马鬃山地区和中部平原区的主导驱动力各不相同,分别为日照时数、人为干扰强度、降水,双因子交互作用显示人为干扰强度与其它因子的交互最为显著。不同土地利用类型中,耕地产水量的主导驱动力为坡度,而其它地类产水量的主要影响因子为降水。各地类中降水与其他因子的交互均大大增强了单因子驱动力。因此,干旱区产水量多尺度驱动机制研究对区域水资源可持续管理至关重要。     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明:2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381. 75、162. 75 km2,而荒漠和农田分别减少了2 165. 25、20. 50 km2; 2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228. 64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7. 60 mm·a-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1. 45、-0. 67 mm·a-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

基于InVEST模型的陕北黄土高原水源涵养功能时空变化

以陕北黄土高原为研究区,基于InVEST水源涵养功能评价模块,定量评价退耕还林还草工程背景下土地利用/覆被变化对研究区水源涵养的影响,在此基础上开展水源涵养空间分区。结果表明：① 2000-2010年,陕北黄土高原草地、灌丛和林地的面积分别增加了3204 km²、285.3 km²和122.7 km²,城镇面积增加了450.4 km²;农田、荒漠、湿地的面积分别面积减少了3984.5 km²、72.7 km²和5.2 km²。② 2000-2010年,陕北黄土高原水源涵养量整体以减少为主,中部减少最为显著,减少量在25 m³/hm²~40 m³/hm²,局部区域在40 m³/hm²以上;其他大部分区域均有0~25 m³/hm²不等的减少。③ 陕北黄土高原水源涵养功能高度重要区和极重要区的总面积为32255.1 km²,所占比例为40.5%。④ 通过陕北黄土高原水源涵养功能评价和重要性分区为生态系统的科学管理提供参考。     

基于InVEST模型的张家口地区水源涵养功能研究

水源涵养是生态系统提供的最重要的功能之一,开展水源涵养功能评价对了解地区水环境、合理发展分区管理有重要意义.张家口作为京津重要的水源地与生态屏障,承担着维护区域经济可持续发展与生态环境质量改善的关键任务,深入探究其水源涵养现状具有现实意义.然而,当前针对张家口实际降雨强度与地表覆被等特征开展的水源涵养功能研究与探讨仍较...     

模拟区域土地利用变化的多主体模型及其在鄱阳湖区的应用(英文)

在较大区域内,城市用地扩张和农村土地利用发展一般同步进行。为了能够正确理解这类区域内土地利用/土地覆被变化的动力机制,本研究开发了一个基于多主体系统的土地利用模型。模型将鄱阳湖区视为一个典型区域,利用有限扩散聚合算法模拟城市主体的行为,采用基于涌现理论的主体模型模拟农村土地利用。农村子模型包括多种类型的主体和环境影响层,其中最重要的是农户主体,农户主体可以根据自身条件和周围的环境影响参数确定下一步土地利用的决策,政府主体则通过实施不同的政策对土地利用进行宏观控制。我们根据农户总收入和外出务工人员比例将农户主体分为6类,每种类型的农户主体遵循不同的决策规则。结果表明,本模型的模拟结果与鄱阳湖区1985 – 2005年的土地利用/土地覆被变化趋势高度相符。尤其重要的是,模拟结果充分表明农户主体的土地利用决策与国家政策紧密相关。这表明本研究建立的基于多主体的土地利用模型是一种评估政府土地管理政策效果的有效手段。     

基于InVEST模型的1980–2100年长江中下游地区动植物生境质量时空变化研究

20世纪80年代以来,人类活动加速了长江流域的土地利用变化,这对当地动植物的生境质量造成了影响,在中国生态文明建设和长江经济带发展战略不断推进的大背景下,对长江中下游地区的生境质量变化开展长时间多时段的研究具有重要的现实意义。本研究以长江中下游地区7省的土地利用覆盖数据(1980–2018年)与未来土地利用模型模拟出未来四种情景(A1B,A2,B1,B2)下的土地利用覆盖数据(2050年,2100年)为基础,借助环境服务与权衡综合评估(In VEST)模型评估了长江中下游地区的生境质量时空变化。结果表明:(1)2000–2015年,研究区的坡度(R=0.502,P <0.01)和海拔(R=0.003,P <0.05)、人口密度(R=0.299,P <0.01)、NDVI(R=0.366,P <0.01)与生境质量显著相关;(2)从1980年到2018年,研究区总面积61.93%的土地生境质量下降,38.07%的土地生境质量上升;在A2情景(人口密度大,环境技术投入少,传统能源成本高)和B2情景(中等人口密度,中等绿色技术,区域政府间缺乏合作)下,研究区的生境质量将下降;(3)长江下游的生境质量恶化程度高于中游,研究区北部的生境质量恶化程度低于南部。整体上,积极的环境保护政策是有效的,但并未根本上遏制生境质量的整体退化趋势。区域发展应加大环境保护力度,控制人口增长,鼓励绿色技术创新,在处理生态问题时,要注重省际合作。本研究可为区域野生动植物保护规划和国际上的类似流域研究提供科学参考。     

基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测

生境质量是关系人类福祉和实现可持续发展的重要基础,对区域生态保护和土地资源可持续利用具有重大意义。以渭河流域为研究对象,基于2000、2010年和2020年的土地利用数据,应用斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型、生态系统服务和权衡的综合评估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST）模型预测并评价了土地利用与生境质量时空变化特征。结果表明：（1） 2000—2020年渭河流域建设用地和草地面积逐年增加,林地面积略微增长,耕地面积持续减少;2020—2050年土地利用变化趋势同2000—2020年基本一致但剧烈程度显著下降,建设用地扩张趋势减缓,耕地减少幅度下降,草地面积占比超过耕地跃居流域第一。（2） 2000—2020年流域内生境质量两极分化趋势明显,低生境质量和高生境质量区域面积有所增加,中等生境质量的面积减少,整体生境质量水平呈上升趋势;2020—2050年生境质量水平继续保持逐年上升趋势但增幅放缓,生境质量变化强度下降,低生境质量区域面积逐渐减少,中等生境质量面积保持稳定,高生境质量面积有所增长。研究结果可为渭河流域土地资源可持续利用和高质量发展提供相应科学依据和决策参考。     

Calculation of instream ecological water requirements under runoff variation conditions: Taking Xitiaoxi River in Taihu Lake Basin as an example

Climate change and human activity can cause remarkable hydrological variation.Traits of hydrological series such as runoff before and after the change points could be sig-nificantly different,so the calculation of instream ecological water requirements (EWRs) is confronted with more challenges.Taking the Xitiaoxi River (XTXR) in the upper reach of the Taihu Lake Basin as an example,this paper investigates the calculation of EWRs using the range of variability approach (RVA) under changing environment.The change point diagnosis of the natural and observed runoff series are conducted for XTXR.Then,differences in the hydrological alternation indicators and instream EWRs processes obtained from various daily runoff series are compared.It was found that the natural and observed annual runoff series in XTXR from 1957 to 2018 both show significant variations,and the change points are in 2007 and 1999 respectively.If runoff data before the change points or all runoff data are used,the instream EWRs obtained from natural runoff are significantly lower than those obtained from the observed runoff.At the monthly time step,EWRs differences within a year mainly oc-curred from May to August.Also,calculation results of the instream EWRs are strongly re-lated to the selected period of runoff series.The EWRs obtained using runoff series after the change points have rather acute fluctuation within a year.Therefore,when the RVA method is used under changing environment,the instream EWRs should be prudently determined by comparing different calculation results on the basis of river runoff restoration and variability analysis.To a certain extent,this paper enriches our understanding about the hydrological method for EWRs estimation,and proposes new ideas for future research on EWRs.     

土地利用/土地覆被变化对长江流域水环境的影响研究

不合理的土地利用方式／土地覆被变化已成为长江流域水环境不断恶化的重要原因之一，长江上游植被破坏和陡坡开垦造成严重的水土流失，直接威胁到三峡库区的生态安全，中流的围湖造田等损害了湖泊的生态功能，导致严重的洪涝灾害，化肥，农药的过量使用，农田污水灌溉等成为长江流域农业非点源污染的重要来源。文章提出了进一步研究构想，以山－河－湖－海互动系统为研究对象，以系统内各子系统之间的能量流和物质流的联系为纽带，揭示系统自组织、自反馈机制，利用遥感技术和地理信息系统结合数学模型，动态模拟土地利用／土地覆被变化的水文及水环境效应。     

黑河分水后中游地区LUCC监测

以2000年Landsat ETM和2005年的Landsat TM数据为信息源,通过人机交互方式提取了两期黑河流域中游地区土地利用/覆被数据。在此基础上,结合研究区的社会经济统计资料和气象观测资料,分析了黑河流域中游地区近5 a来土地利用/土地覆被变化（land use and land coverage,LUCC）的时空变化格局和土地利用类型转变的趋势及其驱动力。结果表明,5 a间耕地和居民用地面积分别扩大了6.95％和9.78％,草地和林地都有相应的减少。尤其是水域和未利用土地,分别减少了1.70％和0.88％,黑河流域生态环境有总体变差的趋势。驱动力分析表明,环境变化是人文因素和自然因素共同作用的结果,并且人为因素占主导地位,在此情况下,本区生态环境存在着继续恶化的潜在危机。     

太行山淇河流域土地利用变化对生境的影响

山地作为陆地表面的特殊地域单元,地形起伏较大,生态系统较为脆弱,对全球变化信号有放大作用。因此,研究山地土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡区域生态保护与发展及土地资源的可持续利用具有重要意义。本文基于InVEST模型,结合土地利用数据,并从地形起伏度视角,对太行山淇河流域2000-2015年生境质量进行研究。结果表明：①2000-2015年期间,淇河流域土地利用变化表现为耕地、林地面积逐渐减少,草地、建设用地面积逐渐增加。②流域整体生境质量较好,平均生境质量指数均超过0.7,且2015年有明显提升。③淇河流域的生境质量变化受地类变化影响较大。耕地、草地、建设用地由于受到过人为干扰的影响,其生境出现不同程度的退化;采伐、毁林开荒等行为导致林地的生境也开始缓慢退化,但由于林地的植被覆盖度较高,抗干扰能力较强,加上逐渐开始对其进行恢复,生境质量水平依然较高。④该流域生境质量在地形起伏度上的分布特征表现为平坦区和微起伏区以一般等级生境质量为主,小起伏区和中起伏区则以高度重要和极重要等级生境质量为主。     

大凌河流域土地利用/覆被变化及其对气候变化的响应研究

基于Landsat遥感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被变化信息,并结合1986~2014年流域气候变化情况,发现大凌河流域土地利用变化对流域气候变化具有负面影响。研究表明：① 近30 a大凌河流域土地利用/覆被变化情况表现为：建设用地和农林用地的大幅度扩张,面积分别增加了322.30 km²和1 504.94 km²,并伴随着水域和旱地及其他未利用地面积的显著减少,面积分别减少了102.42 km²和1 724.61 km²;② 大凌河流域近30 a来土地利用变化导致流域平均年降水量、平均相对湿度及平均风速小幅度下降,分别减少了14.94 mm、0.2%和0.04 m/s,平均气温缓慢上升,增长了0.1℃;③ 退耕还林还草及成立凌河保护区等工作能提高流域植被覆盖面积、使流域水域面积得以回升,从而可以缓解城市热岛效应带来的温度升高,提高流域生态环境质量。     

东江流域地表水功能区水质对土地利用的响应

以广东省东江流域2013年地表水功能区水质监测数据和Landsat8 OLI遥感影像为数据源,通过遥感信息提取、GIS空间分析和数理统计方法,对不同空间尺度河岸缓冲带土地利用结构与水体中的高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）进行相关性分析。结果表明：1）在水功能区中,开发利用区河岸带的城市化程度较高,水质状况相对较差;保护区、保留区、缓冲区河岸带用地类型以耕地和林地为主,水质状况明显优于开发利用区。2）耕地、林地和草地对水质具有正效应,水体和建设用地对水质具有负效应;同时,建设用地对水质影响作用最强,其次是水体和耕地。3）CODMn与耕地、林地、草地、建设用地的相关性远高于NH3-N和TP,3种水质指标与水体相关性都较大。4）耕地和草地与水质在小尺度范围内相关性最为显著;林地和建设用地与水质相关性随河岸缓冲带尺度增大而增大,水体与水质相关性随河岸缓冲带尺度不同呈波动性变化。     

气候变化和人类活动对渭河流域蓝水绿水影响研究

以渭河流域为研究对象,探讨了1980~2009年气候变化和人类活动对蓝绿水资源的影响。结果表明：① 研究时段内,在气候变化和人类活动的共同影响下,蓝水流、绿水流和绿水储量分别下降了23.56 mm/a、39.41 mm/a和17.98 mm/a,中北部的蓝水流和绿水储量呈现增加的趋势,流域上游地区的绿水流呈现下降趋势。② 归因分析表明,蓝水流、绿水流和绿水储量在气候变化驱动下分别下降了13.17 mm/a、44.99 mm/a和22.79 mm/a;土地利用/覆盖变化则导致蓝水流和绿水流分别减少0.42 mm/a和0.37 mm/a,绿水储量增加了0.79 mm/a;而农业灌溉使蓝水流减少了9.97 mm/a,绿水流和绿水储量分别增加了5.95 mm/a和4.02 mm/a。③ 气候变化导致研究区东南部绿水系数呈现增加趋势,而泾河流域绿水系数呈现减小趋势。同时,土地利用/覆盖变化使得东南部的一些子流域绿水系数呈减小的趋势,而在加入农业灌溉情景后,平原地区灌区绿水系数呈明显的上升趋势。     

Spatio-temporal Analysis of Water Supply Services in the Li River Basin

The water supply services of the Li River are essential for the ecological environment and local social development. Based on the InVEST model, we quantitatively analyzed the spatial and temporal distribution patterns of water supply services in the Li River Basin from 2000 to 2018 at multiple scales, including the raster, sub-basin, and regional scales, clarified the differences in water yield among different land use types, and explored the different stages of changes in the characteristics of water services. The results revealed four key aspects of this system. (1) The water supply service of Li River Basin showed a spatial distribution pattern of high in the north and low in the south, and the water yield gradually decreased from north to south. (2) Among the various land use types in Li River Basin, the average water supply capacity decreased in the following order: artificial surface, unused land, grassland, forest, cropland and wetland. (3) The average amounts of water services in the 18 sub-basins varied widely, with four sub-basins belonging to the high-value area for water supply services, eight in the middle-value area, and six in the low-value area. (4) From 2000 to 2010, the regions with large fluctuations in water supply services include the midstream region, Lipu River region, and the northern region of Gongcheng River; while from 2010 to 2018, the areas with large fluctuations were in the midstream region and Gongcheng River region. The results of this research increase our understanding of the water supply services in the Li River Basin and provide a critical scientific basis for the reverse compensation of a regional ecological compensation mechanism.     

澜沧江流域生态系统水源涵养功能研究

生态系统的水源涵养功能一直以来都是生态学和水文学研究的热点和难点问题。本文基于新开发的InVEST模型对澜沧江流域的水源涵养功能进行了研究,得出以下结果：（1）澜沧江流域年均供水7.24E＋10 m3 y-1,其中干流贡献率为23.87%,而支流贡献率为76.13%,从上游至下游呈明显递增趋势。（2）草地生态系统和森林生态系统的水源涵养量贡献率共计达71.66%;对不同组成结构生态系统类型的水源涵养能力进行比较,阔叶林〉针阔混交林〉竹林〉针叶林〉灌木林〉草地。（3）澜沧江流域三分之二的水由占总面积40%的热点区域提供。研究为澜沧江流域水资源的有效管理提供一定依据。