基于地理探测器模型的疏勒河流域景观生态风险评价及驱动因素分析

疏勒河流域地处河西走廊最西端,是典型的干旱内陆河流域,生态环境极其脆弱,也是我国重要的生态屏障之一。借助Fragstats软件从斑块和景观2个尺度,结合2000—2018年土地利用数据,评价分析疏勒河流域景观生态风险时空变化特征,利用地理探测器定量分析了该流域景观生态风险驱动因素。结果表明:(1)疏勒河流域主要景观类型为未利用地和草地,其斑块个数(NP)、景观形状指数(LSI)、最大斑块指数(LPI)和聚集度指数(AI)值均较高;2000—2018年蔓延度指数(CONTAG)值下降、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)值缓慢上升,流域景观破碎度严重。(2)疏勒河流域景观生态风险空间分布呈现北高南低,2000—2018年呈现流域景观生态风险逐渐下降趋势,其中较高风险和高风险地区面积下降明显。(3)人为干扰度是影响景观生态风险空间分布的主要因子,归一化植被指数(NDVI)次之,人口密度影响最小;景观生态风险的影响均为双因子增强或非线性增强,无显著差异大多表现在自然和自然因子间,自然和人为因子之间存在显著性差异。因此,对流域进行景观生态风险指数评价和驱动因素分析至关重要。     

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。     

基于地理探测器的喀斯特不同地貌形态类型区土壤侵蚀定量归因

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。     

气候变暖背景下祁连山西部山区水循环要素的变化——以疏勒河干流上游山区为例

根据祁连山区西部托勒气象站与疏勒河上游昌马堡水文站、鱼儿红雨量站的气温、降水、径流等观测数据,对近50年来疏勒河山区流域气温、降水、径流等水循环要素的变化特征与趋势进行了分析.结果表明,近50年来祁连西部山区年平均气温呈持续上升的态势,并在1990年代中期后出现一个突变,突变后气温上升速率较突变前明显加快.从气温的季节变化上看,冬季升温的幅度明显大于其他各季,从气温的区域变化来看,中低山地带的气温升幅要大于中高山地带.分析结果还显示,祁连山区西部年降水量总体上亦呈增长的态势,但年际波动比较剧烈.少雨年主要在1990年代以前,多雨年在近20 a;从季节变化上看,夏季降水量变化比较稳定,增减趋势不明显,其他各季降水量均有明显的上升趋势,冬季降水量增幅明显.受降水与气温加速上升所带来的冰雪融水增加的影响,疏勒河出山径流的年平均与四季流量亦呈显著增加的态势.考虑到山区夏季降水并未增加,故占年径流量比重较大的夏季径流量的增加主要是冰雪融水的贡献.     

基于InVEST模型的西苕溪流域产水量分析(英文)

流域产水量的计算与分析对水资源的规划、管理以及水库建设具有重要意义。本研究将InVEST中的产水量模型应用于西苕溪小流域。该模型的数据需求主要包括土地利用/覆被,年均降雨量和潜在蒸发散,土壤深度,植被可利用水量。为验证模型的精确度,利用基期的降水径流关系,得到2003-2007年的平均自然径流量。经过反复校验,当Z系数为6.5时,产水量为8.3亿m3,与自然径流量最为接近,从流域产水量的分布来看,南部和西南部地区单位面积的产水量较高。     

秦岭南坡植被的区系地理成分分析——以湑水流域为例

本文对秦岭南坡清水流域主要植被类型的区系地理成分进行了分析,结果表明:植物种、属的地理成分具有明显的垂直分异现象。     

秦岭中山区山地景观格局变化及驱动力分析——以宁陕县长安河流域为例

应用RS和GIS的方法,通过对1994年、1999年、2003年三期遥感影像的解译分析,结合野外考察,翻阅相关资料,对长安河流域近10 a来景观格局进行分析.以期得到秦岭中山区长安河流域近10 a间景观格局变化及驱动力因素.结果表明:近10 a间研究区景观斑块面积和斑块的数茸发生明显变化,天然次生有林地、人为影响次生林地、荒草地三种景观类型斑块数量大幅度增加;研究区景观多样性增加、景观破碎度指数增大、景观分维数增加,景观异质性增强;研究区各景观面积动态度变化显著,主要景观类型面积呈现"两增三减"的变化规律.自然环境的制约作用、人为活动干扰作用、政策导向作用作为本区景观格局变化的主要驱动力,决定和影响了景观格局的变化趋势,进而了本区生态环境的变化.     

秦岭南坡植被的区系地理成分分析——以湑水流域为例

本文对秦岭南坡清水流域主要植被类型的区系地理成分进行了分析,结果表明:植物种、属的地理成分具有明显的垂直分异现象。     

SWAT在干旱半干旱地区的应用——以窟野河流域为例

SWAT是一个基于物理机制的分布式流域水文模型,其产流机制中对于地表径流、壤中流、浅层地下径流和深层地下径流的模拟方法比较实用,能够适用于不同气候条件和下垫面条件下的产汇流情况.本文将SwAT应用到黄河中游干旱半干旱区多沙粗沙典型流域之一窟野河流域,模拟了1980～1985年的日流量和月平均流量过程,分析并探讨了SWAT产流机制对水源划分和径流形成过程的影响.结果表明,水量平衡相对误差在10%～20%左右,但Nash-Sutticliffe效率系数都较低.本文对模拟结果进行了初步分析,认为SWAT产流机制不能有效模拟干旱半干旱地区的窟野河流域的壤中流、基流和春汛流量过程,并探讨了SWAT在干旱半干旱地区产流模拟可能存在的问题和值得深入研究的方向.     

基于水资源承载力的干旱内陆河流域城市适度规模研究——以石羊河流域凉州区为例

 以典型的干旱内陆河流域城市武威市凉州区为研究对象,对水资源承载力、城市适度规模的内涵进行阐述;基于可利用水量、水权及水质三要素建立水资源承载能力及城市适度规模计算模型,构建了城市适度规模与实际人口的距离协调度评价模型,并给出评价区间标准;对未来可利用水量、未来可能配水量、未来城市适度规模、水资源超载度进行预测并分析。结果表明：近10 a凉州区的地表径流量变化幅度不大,相比20世纪50年代下降程度显著,凉州区水资源超载度逐年增长,城市适度规模与实际人口的距离协调度处于初级协调发展绿灯区向濒临失调衰退黄灯区过渡阶段。未来20 a水资源超载度增长率降低,基于水资源承载力的城市适度规模远小于预测的城市人口规模,城市适度规模与实际人口距离协调度进入轻度失调双黄灯警区。     

干旱区人水和谐治水思想的探讨

在温故古人治水思想的基础上,认真总结和深刻领悟现代治水新思路,并针对干旱区内陆河流域径流形成、利用、转化、耗散等水循环特征和经济社会发展与生态环境保护在用水方面的突出矛盾,反思水资源在开发、利用、治理、配置、节约和保护等水事活动中存在的诸多问题,提出了“治河之术,治水之学,治域之理,人水和谐之道”的治水思想。这是实施资源水利战略,实现水资源可持续利用目标的重要思想理论基础,对于其它流域或区域治水方略的确立也具有广泛的借鉴意义。     

基于SEBAL模型的疏勒河流域蒸散发估算与灌溉效率评价

我国西北干旱区内陆河流域水资源匮乏,水资源利用主要用于农业生产,准确估算内陆河流域蒸散发与农业灌溉效率,对研究内陆河流域气候变化和水资源合理利用具有重要作用。利用基于地表能量平衡方程的SEBAL模型,对2017—2018年疏勒河流域蒸散量进行定量估算与时空分布特征分析,并结合降水量与净灌溉水量数据,对疏勒河流域昌马灌区的年内灌溉水有效利用系数进行估算。结果表明:(1)疏勒河流域2017—2018年日均ET呈单峰变化趋势,最大值为6月的5.03 mm·d-1,最小值为12月的0.55 mm·d-1,并存在明显的空间分布差异。(2)疏勒河流域四季ET差异显著,夏季ET达到最高的201.83 mm,春秋次之,冬季最低为53.92 mm;ET由东南向西北逐渐减小,流域上游ET明显高于中下游地区。(3)昌马灌区各灌溉时段不同的灌溉水量造成了各灌季蒸散量的差异,灌区ET高值区主要分布在中部与东南部,低值区主要分布在西北部和灌区边缘。(4)昌马灌区年内灌溉水有效利用系数呈下降趋势,其中春灌、夏灌、秋灌和冬灌分别为0.76、0.71、0.69和0.55,年均灌溉水有效利用系数为0.67。     

Vulnerability of an inland river basin water resource system under the background of future accelerated glacier melt: A case of Yarkent River Basin in arid Northwest China

Water resources of inland river basins of arid Northwest China will be profoundly affected by future accelerated glacier melt. Based on scenarios of climate warming, accelerated glacier melt and socioeconomic development in the future, vulnerability of the Yarkent River Basin water resources for 2010–2030 is evaluated quantitatively using the indicator of water deficiency ratio. Results show that the quantity of the basin’s water resources will continuously increase over the next 20 years, mainly due to the effect of climate warming and accelerated glacier melt. But, in the next 10 years, the basin will have a deficient water status, and the water resource system will be quite vulnerable. This is due to an increased water demand from rapidly increasing socioeconomic development and a lack of low water-use efficiency in the near future. After about 2020, water supply will outstrip demand, greatly relieving the basin’s water deficient due to increased water resources and the advancement of water-saving technology. Contrast to the hypothetical situation of unchanged glacier melt, climate warming and resulting accelerated glacier melt may play a role in relieving the supply-demand strain to some extent.     

Attribution analysis for water yield service based on the geographical detector method: A case study of the Hengduan Mountain region

Ecosystem services, which include water yield services, have been incorporated into decision processes of regional land use planning and sustainable development. Spatial pattern characteristics and identification of factors that influence water yield are the basis for decision making. However, there are limited studies on the driving mechanisms that affect the spatial heterogeneity of ecosystem services. In this study, we used the Hengduan Mountain region in southwest China, with obvious spatial heterogeneity, as the research site. The water yield module in the In VEST software was used to simulate the spatial distribution of water yield. Also, quantitative attribution analysis was conducted for various geomorphological and climatic zones in the Hengduan Mountain region by using the geographical detector method. Influencing factors, such as climate, topography, soil, vegetation type, and land use type and pattern, were taken into consideration for this analysis. Four key findings were obtained. First, water yield spatial heterogeneity is influenced most by climate-related factors, where precipitation and evapotranspiration are the dominant factors. Second, the relative importance of each impact factor to the water yield heterogeneity differs significantly by geomorphological and climatic zones. In flat areas, the influence of evapotranspiration is higher than that of precipitation. As relief increases, the importance of precipitation increases and eventually, it becomes the most influential factor. Evapotranspiration is the most influential factor in a plateau climate zone, while in the mid-subtropical zone, precipitation is the main controlling factor. Third, land use type is also an important driving force in flat areas. Thus, more attention should be paid to urbanization and land use planning, which involves land use changes, to mitigate the impact on water yield spatial pattern. The fourth finding was that a risk detector showed that Primarosol and Anthropogenic soil areas, shrub areas, and areas with slope 5° and 25°–35° should be recognized as water yield important zones, while the corresponding elevation values are different among different geomorphological and climatic zones. Therefore, the spatial heterogeneity and influencing factors in different zones should be fully con-sidered while planning the maintenance and protection of water yield services in the Hengduan Mountain region.     

1990—2005年疏勒河流域土地利用/覆盖变化分析

选择疏勒河流域为研究区域,利用1990年TM、2000年ETM和2005年TM影像为信息源,应用地理信息系统和遥感技术,提取三期疏勒河流域土地利用信息,并对土地利用动态进行了分析。结果表明,近15 a来,疏勒河流域土地利用变化缓慢,土地利用格局没有发生显著变化;不同土地利用类型中,耕地面积和建设用地增加较多;林地、草地面积减少;水域在1990—2000年间减少,2000—2005年间增加;未利用地在1990—2000年之间增加,2000—2005年之间减少。     

1958~2015年疏勒河上游出山径流变化及其气候因素分析

利用1958~2015年疏勒河出山口昌马堡水文站径流资料以及同期流域气象资料,揭示了疏勒河出山径流及其对流域气候变化的响应。结果表明：总体上,疏勒河出山径流量呈现增加趋势,特别是20世纪90年代后期以来,出山径流增加趋势更为明显,但近几年,疏勒河出山径流量缓慢回落,21世纪初暂时成为代际变化的拐点。研究亦显示,疏勒河出山径流对河源处高海拔山区气候变化的响应更为敏感,出山径流年际变化实际受到山区气候因素的共同影响,不同时段各因素影响强度具有一定差异;降水是出山径流变化的主控因素,但气温升高导致冰雪融化加快是近年来出山径流增长较快的重要原因。定量分析表明,20世纪90年代后期以来气温等对径流影响比重超过60%,而降水约为30%左右。     

疏勒河中下游土地荒漠化敏感性评估

土地荒漠化是疏勒河流域面临的关键环境问题,加强该区域的荒漠化敏感性评估对有效控制荒漠化至关重要。通过集成多源GIS与遥感数据,构建土壤、植被、气候和管理定量评估指标,利用地中海荒漠化与土地利用模型（MEDALUS）计算环境敏感性指数,识别荒漠化敏感区,在此基础上分析荒漠化敏感性的成因,并引入变异系数法确定荒漠化敏感性的主要影响因素。结果表明：目前疏勒河中下游荒漠化态势严峻,17.70%的区域属于极高敏感区,54.34%属于较高敏感区。荒漠化敏感性的空间格局是中部高、北部低,主要由与人类活动有关的管理质量指数决定。从绿洲内至绿洲外荒漠化敏感性逐渐升高,大致呈层状分布,表明人类活动对荒漠化影响显著,建议加强和巩固绿洲外围的防护体系建设。     

基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估——以太行山淇河流域为例

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,影响其碳源、碳汇效应,但以往结合时空尺度探讨流域未来土地利用变化对生态系统碳储量影响的研究尚不多见。以太行山淇河流域为例,分析2005-2015年土地利用变化,采用Markov-CLUE-S复合模型预测2025年自然增长、耕地保护及生态保护情景下的土地利用格局,并基于土地利用数据,运用InVEST模型的碳储量模块评估2005-2015年及未来不同情景下的生态系统碳储量。结果表明：① 2015年淇河流域生态系统碳储量和平均碳密度分别为3.16×10⁷ t和141.9 t/hm²,自2005年以来分别下降0.07×10⁷ t和2.89 t/hm²。② 2005-2015年碳密度在低海拔区域以减少为主,在高海拔区域增加区与减少区比例相当,淇河中下游地区建设用地的大肆扩张以及上游林地的退化是导致碳密度下降的主要原因。③ 2015-2025年自然增长情景下碳储量和碳密度下降仍较明显,主要是低海拔区域固碳能力的减弱;耕地保护情景减缓了碳储量和碳密度的下降幅度,主要是由于低海拔区固碳能力的增强;生态保护情景下,碳储量和碳密度显著增加,分别达到3.19×10⁷ t和143.26 t/hm²,主要发生在海拔高于1100 m的区域。生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的减小。因此,研究区土地利用规划可统筹考虑生态保护和耕地保护情景,既能增加碳汇,又能保障耕地质量和粮食安全。     

Assessment of sandy desertification trends in the Shule River Basin from 1978 to 2010

Sandy desertification in the Shule River Basin has expanded dramatically during the past 30 years. We evaluated the status, evolution, and main causes of sandy desertification by interpreting Landsat images which were acquired in 1978, 1990, 2000, 2005, and 2010, and analyzing the relevant meteorological data. The results show there was 3,477.95 km2, 3,733.32 km2, 3,620.29 km2, 3,565.65 km2, and 3,557.88 km2 of sandy desertified land in 1978, 1990, 2000, 2005, and 2010, respectively. From 1978 to 1990, not only the area of sandy desertified land （SDL） but also the degree of SDL levels increased. From 1990 to 2010 there was widespread restoration of SDL but the recovery trend of SDL gradually slowed. Although climate change contributes to expanding sandy desertification, human activities can either accelerate or reverse trends of natural sandy desertification. Some detrimental human activities can accelerate sandy desertification, but, conversely, desertification control measures such as the Three-North Shelter Forest Project and watershed rehabilitation programs in areas including the Shule River Basin resulted in many SDL being turned into grasslands or forest lands when shrubs and trees were planted to fix mobile sands at the edges of oases and cities. With population growth, much SDL has been reclaimed as farm land using water-saving agricultural methods or has been turned into built-up land as a result of urbanization.