基于SWAT模型模拟乌江三岔河生态系统产流服务及其空间变异

产流是生态系统水源涵养服务的重要内容,也是保水固土等服务的关键驱动。脆弱的喀斯特生态系统叠加人类活动的影响引起生态退化,在此背景下亟需深刻理解喀斯特地区产流服务空间格局及其影响因子。选择典型的喀斯特峰丛洼地流域,基于率定校准的SWAT水文模型,对喀斯特流域产流服务（包括地表、地下以及总径流量）进行模拟,并结合空间梯度分析和局部回归模型,剖析不同服务变量的空间变异特征。结果表明：研究区产流量空间分异规律明显,总径流系数约为70.0%;地表径流整体处于较低水平,地下径流量丰富（约为地表径流量的2~3倍）。地形因子对喀斯特流域产流服务具有宏观控制作用,随海拔和坡度升高,总径流量、地下径流量显著增加;植被分布特征对地表径流有重要影响,在上游林地和下游园地分布区存在空间差异,在植被因素的影响下随坡度的增加呈现转折性的变化趋势。此外,空间叠加分析表明林地总径流及地下径流最大：一方面是由于森林生态系统更强的土壤水分涵养能力以及水分快速入渗的地质背景特征;另一方面反映了地表覆盖与地形特征的复合效应,即林地大多分布在相对海拔和坡度较大之处。本文有助于推进喀斯特生态系统服务研究领域的发展与创新,并为生态恢复建设提供科技支撑。     

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。     

商洛市水源涵养服务功能空间格局与影响因素

以商洛市为例,利用InVEST产水量模型和多年平均涵养水量模型,以参数本地化、实地率定和结果验证,对该区水源涵养功能的空间格局分异规律及其影响因素进行分析。结果表明：① 商洛市水源涵养总量为27.48×10⁸m3/a,水源涵养能力为324.85 mm。五大流域水源涵养功能依次为旬河>乾佑河>金钱河>丹江>洛河。② 气候因素对产水能力空间格局影响最大,10 a土地利用变化和下垫面植被、土壤因素则对水源涵养空间异质性影响显著。③ 子流域单元产水能力相关性强的因子为多年平均降水、实际蒸散发和植物可利用水,水源涵养功能关键驱动因子是潜在蒸散量、土壤饱和导水率与森林覆盖率。     

南北盘江森林生态系统水源涵养功能评价

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分析了流域尺度森林生态系统的水源涵养能力及其时空变化。结果表明：① 南北盘江流域森林涵养水源总量约6.13×10⁸m³,单位面积水源涵养量629.85 t/hm²,森林水源涵养能力空间分布呈现东高西低的趋势;② 不同类型森林来说,阔叶林和灌木林对区域水源涵养总量的贡献率最大,而混交林的单位面积水源涵养量最高;③ 不同林龄比较,幼龄林对区域水源涵养贡献率最高,达45.95%,但其单位面积水源涵养能力最差,过熟林的单位面积水源涵养能力最高;④ 就坡位而言,平地和中坡森林对区域水源涵养总量的贡献率最大,山谷森林单位面积水源涵养能力最高,山脊森林单位面积涵养水源能力最低;⑤ 近35 a来,随着生态工程的实施,森林生态系统水源涵养总能力以1 447.89×10⁴m³/a速度持续提升,单位面积水源涵养量以每年5.33 t/hm²的速度稳步提高。     

沙漠沟谷暴雨洪水侵蚀产沙特征

在半干旱区的季节性沙漠沟谷,暴雨引发的洪水过程侵蚀产沙强度大,水土流失严重,对区域及下游河道生态造成严重威胁。以毛布拉孔兑的支沟苏达尔沟为研究对象,以苏达尔沟2011—2015年6次暴雨洪水事件的观测数据为基础,分析洪水流量、泥沙浓度及地表沉积物粒度特征,给出暴雨洪水侵蚀产沙输沙特征。结果表明:观测期间暴雨洪水侵蚀产沙量平均每次约37.69×10~4t,产沙模数为0.57×10~4t·km^-2;其中最大的洪水事件130721号暴雨洪水过程侵蚀产沙量高达90.47×10~4t,产沙模数达1.36×10~4t·km^-2。流域总侵蚀产沙以0.25～0.063 mm泥沙为主,约占总侵蚀量74%。洪水总侵蚀产沙量随暴雨产流强度增强而增加,同时下游沙漠沙地段产沙贡献比重也随之增加,风沙贡献也相应增大。坡面侵蚀约占暴雨洪水总侵蚀的4.37%,且主要集中在上游砒砂岩坡面。     

煤炭开采对水资源影响的定量识别——以陕北窟野河流域为例

陕北地区生态环境脆弱,大规模的煤炭开采又加速了水资源流失,但是很难定量计算其影响程度。以陕北窟野河流域为例,通过机理分析创造性地提出了将煤炭开采对区域内水资源的影响分为三部分:地下水静储量破坏、地下水动储量破坏和采空区积水,分别计算了各部分的水量;并采用邻近流域进行了流量对比分析。结果表明:窟野河流域煤炭开采造成的地下水静储量破坏值为1.38×10~8m~3,采空区形成2.72×10~8m~3的积水,2011年地下水动储量破坏达到了0.62×10~8m~3。以秃尾河流域作为参证流域,计算出窟野河1999-2013年平均还原流量为13.22 m~3·s~(-1),比实测径流量大2.28×10~8m~3。为了减少煤炭开采过程中水资源的损耗量,窟野河流域必须加大对采空区积水和矿井排水的综合利用。     

雅鲁藏布江径流水文规律及水体同位素组成

由雅鲁藏布江各站径流量数据和水体的同位素数据,分析了径流的时空分布特点以及大气降水的同位素效应。该区干流流域年平均径流量分布呈从下游到上游逐渐减少的趋势, 且地表径流的年内分配主要集中在夏、秋两季(6-10 月)。流域内大部分雨水和河水样品的同位素组成均落在全球大气降水线δD = 8δ¹⁸O +10 的右上方,显示出强烈蒸发的特征。水体同 位素组成区域大陆性效应和高度效应明显,这种分布特征与来自孟加拉湾、怒江方向降水云汽的运移以及青藏高原的地形、气候条件有关。     

山东省阳信县雁洲湖水库工程地质特征及评价

雁洲湖水库工程位于簸箕李、小开河引黄灌区下游,小开河输沙渠以西,阳信县城东南12km,河流镇境内,主要工程内容包括围坝、建筑物,设计库容954.96m~3×10~4m~3。场区属浅平洼地类型,大地构造单元位于华北盆地断坳区济阳断陷内,为区域构造稳定区。围坝地基土主要由壤土、砂壤土及粉砂构成,透水性均为中等,水库蓄水后坝基渗漏严重,应采取有效防渗截渗处理,研究结果为工程设计及建设提供重要的参考。     

震后小流域重力侵蚀产沙效应——以汶川震中莲花芯沟为例

震后小流域重力侵蚀过程与机制复杂,具有显著的产沙输沙效应,造成强烈的水土流失,严重威胁灾后重建和重大工程安全,是泥石流和土壤侵蚀领域研究的热点与难点之一。本文以震中莲花芯沟为典型研究区,选取2008—2010年的三场泥石流,采用多源遥感和GIS等手段,建立数字坡沟系统,融合D-In SAR和偏移量跟踪技术,生成不同场次泥石流前后的三维地表形变场,研究震后泥石流在不同类型"坡体-沟道-流域"上的多尺度侵蚀产沙特征与物质迁移过程。结果表明:1)2008—2010年三场泥石流,坡体侵蚀总量分别为6.44×10~5m~3、3.36×10~5m~3和3.02×10~5m~3,输入沟道的泥沙总量分别为3.54×10~5m~3、1.56×10~5m~3和5.16×10~5m~3,流域侵蚀总量分别为6.736×10~5m~3、5.217×10~5m~3、5.540×10~5m~3,流域输沙总量分别为3.84×10~5m~3、2.24×10~5m~3、2.96×10~5m~3;2)坡体重力侵蚀产沙量占各级沟道总来沙量的50%以上,是各级沟道泥沙的主要来源,其中以凸凹型坡、凸型坡和混合型坡三类坡体产沙最多,占坡体总产沙量的85%以上,且随沟道级别升高(三级→二级→一级)而呈递减趋势,二级沟道在各级沟道中输沙贡献率最大、达45%,是主沟泥沙重要来源;3)坡体侵蚀量与侵蚀面积及堆积量与堆积面积的比值均存在指数函数关系,坡体产沙量与坡体单元面积的比值呈线性正相关关系,坡体侵蚀量、堆积量、产沙量均随其对应面积的增大而增大;4)震后坡体侵蚀速率呈先减小后增大趋势,最大侵蚀速率在凸凹型坡体单元、达0.24m/次;流域侵蚀速率也呈先减小后增大趋势,同时,存在由低到高逐级递增趋势,其中主流域侵蚀速率最大、达0.39m/次;5)各级流域泥沙输移比随流域级别增高而减小,其中主流域泥沙输移比最低、为0.28,三级流域最高、达0.93。研究结果可以为灾区小流域泥沙调控、重大工程选址选线、河流整治和次生山地灾害风险评估及防治工程设计提供依据和参考,对保障山区公共安全具有重要意义。     

基于分布式水文模型（SWAT）的土地利用和气候变化对洮河流域水文影响特征

土地利用和气候变化是流域水资源发生变化的重要原因。以洮河流域为研究区,通过模型率定得到适宜于洮河流域的分布式水文模型（SWAT）,在综合考虑流域土地利用和气候变化特征的基础上构建多种情景模式,并对不同情景模式下的水文特征进行模拟,得到以下结论：（1）校准后的SWAT模型,R²、R_e和E_ns分别达到0.83、-8%和0.68,说明该模型在洮河流域径流模拟中具有较好的适用性。（2）与1976-1995年相比,气候变化使流域产水量增加1.30 mm,土地利用变化使流域产水量减少0.77 mm。土地利用变化对水文特征的影响小于气候变化,但土地利用变化对流域管理的作用却是不可忽视的。从极端土地利用变化情景可知,与1985年土地利用情景相比,林地、草地和耕地情景中产水量分别变化了18.1%、-7.4%和-10.1%。从气候变化情景可知,当降水量不变,温度分别变化2 ℃、1 ℃、-1 ℃和-2 ℃时,流域产水量的变化量分别为-4.23%、-2.56%、3.08%和6.70%;当温度不变,降水量分别变化20%、10%、-10%和-20%时,流域产水量的变化量分别为56.32%、30.88%、-23.66%和-45.94%。（3）在土地利用和气候变化共同作用下,地表径流增加的区域主要位于下游的广河县、和政县和康乐县以及上游的碌曲县和夏河县等地,地表径流增加地区的面积约占流域总面积的39%。     

气候变化对河北省海河流域径流量的影响

利用河北省境内海河流域51个气象站、68个水文站1956~2000年近50年的气象、径流量数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。河北省境内海河流域多年平均地表径流量为67.0×10⁸m³,从20世纪 50 年代至 90 年代地表径流量呈逐渐减小的趋势,50年代为105.3×10⁸m³,90年代为54.7×10⁸m³。地表径流量随降水量的减少而减小,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数模型。根据未来气候变化情景对河北省海河流域径流量的预测:2030年为70.0~76.8×10⁸m³,2050年为69.8~76.9×10⁸m³。     

东江湖流域及其受益区水供给服务供需平衡时空格局分析（英文）

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。本文利用In VEST模型和社会经济数据、水资源数据分析了东江湖流域及其受益区水供给服务的产生与使用的时空分布格局,并对水供给服务的供需平衡进行时空计算,探究水供给服务的时空格局演变。结果表明:(1)1995-2010年东江湖流域及其受益区范围内的产水量整体呈现先增加后减少的趋势,在9350-12 400 m3 ha-1 y-1之间变化,2000年的平均产水量最高。各年产水量的空间分布格局相似,由上游向下游产水量逐渐减少,且城市群周边地区产水量减少的趋势比较明显。(2)1995-2010年东江湖流域及其受益区平均用水量在2900-4450 m3 ha-1 y-1之间变化,各年用水量的空间分布格局相似,均从城镇建设用地向四周递减,呈现较明显的城乡梯度变化,此外,河流两岸和湖泊周边地区的用水量较多,明显高于其他区域。(3)1995-2010年城镇建设用地及其邻近区域、河流湖泊沿岸地区的水供给服务供不应求,其他区域的水供给服务能够满足需求,其中长株潭城市群形成的品字形区域是受益区范围内供需状况最为紧张的区域。     

基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

云南鲁甸红石岩堰塞湖溃坝风险及其影响

红石岩堰塞湖是2014-08-03鲁甸地震诱发形成的大型堰塞湖,由红石岩崩塌堵断牛栏江形成。红石岩堰塞坝坝高约96 m,堆积体总方量约1 200×10~4m~3,湖区满库库容为2.6×10~8m~3。从红石岩堰塞湖形成的背景条件,以及堰塞湖对坝址所在流域构成的潜在灾害链效应,评估堰塞湖的溃决危险程度。同时根据可能的溃决形式分析,采用1/3和1/2溃决模式对堰塞湖溃坝洪水估算,得到两种工况条件下的峰值流量分别为:Q_p≈(1.3~1.5)×10~4m~3/s和Q_p≈(2.2~2.8)×10~4m~3/s,远超过坝址处500 a一遇的牛栏江暴雨洪水,并在此基础上对下游演进过程的洪水进行估算。认为红石岩堰塞湖在后期整治中仍存在库岸稳定、堰塞坝稳定和鱼类生态破坏等问题,应引起关注。     

黑河流域近60年来径流量变化及影响因素

基于莺落峡、正义峡水文站径流量数据及相关气候资料,借助小波分析、小波神经网络模型和GIS空间分析方法,研究黑河干流径流量变化周期、突变、趋势及原因。结果显示:1944~2005年莺落峡年均径流量变化长周期约7和25年,变化总体呈增加趋势,增加率约1.04m³/(s·10a);1954~2000年正义峡年均径流量变化长周期约6和27年,变化总体呈减少趋势,减少率约2.65m³/(s·10a);2006~2015年莺落峡年均径流量呈增加趋势,增加率约2.04m³/(s·10a);莺落峡径流量的增加主要与黑河流域上游气候向暖湿型转化有关,而正义峡径流量的减少与中游水资源利用量的迅速增加有关。     

石羊河流域生态系统服务功能经济价值评估

分析和评估石羊河流域生态系统服务功能经济价值,培育和提升核心生态系统服务功能,为石羊河流域综合治理、确保生态安全提供理论依据。根据石羊河流域1999年和2006年土地利用情况,运用中国生态系统服务价值当量因子表,对该区域生态系统服务功能经济价值进行评估。1999年和2006年石羊河流域生态系统服务功能经济价值分别为1.1531×1010元和1.5650×1010元。2006年草地和森林生态系统对总价值的贡献率较高,分别为39.82%和25.96%;各项服务功能中土壤形成与保护功能经济价值最高。流域上游山区的水源涵养、气候调节和生物多样性保护等功能受到不同程度的破坏。     

一个新的荒漠河岸林需水量估算方法及其在塔里木河下游的应用

通过检验一个使用气象数据和植被参数实现逐日计算不同植物种需水量,并能反映其空间变化的荒漠河岸林需水量估算模型,并基于2013年的气象和遥感数据,分析了塔里木河下游荒漠河岸林需水量的时空动态特征。结果表明:在现有植被分布和盖度下,塔里木河下游河岸林年总需水量为1.035×10~8m~3,其中柽柳群落需水4.499×10~7m~3,胡杨群落需水5.855×10~7m~3;单位面积河岸林平均需水量为139.6 mm,胡杨群落需水量比柽柳群落多63.0 mm;河岸林展叶期和落叶期需水量较少,而生长盛期每天大约需水75×10~4m~3。模型强调植被空间分布对需水量的影响,能够动态描述需水量的时空变化,为内陆河水资源管理提供更丰富的信息和准确的结果。     

挠力河流域河流径流量对气候变化的敏感性分析

流域径流量对气候变化的敏感性分析是理解气候变化对流域水资源影响的重要手段。本文利用非更新式人工神经网络(ANN)模型,以年平均降雨、年最低气温和最高气温为输入参数,年平均径流量为输出变量,构建了三江平原挠力河流域的径流量预测ANN模型;并根据IPCC第四次报告的气候变化模式,设定了9种不同的气候变化情景,利用构建的ANN模型分析了流域径流量对气候变化的敏感性。结果表明:构建的人工神经网络模型能够较好的模拟径流量,可用于气候变化的敏感性分析;挠力河流域上游径流量对气候变化的敏感性要大于中游区域的,降水变化对径流量的影响大于气温对其产生的影响。     

西庄河流域森林生态系统涵养水源的价值

森林的生态服务功能在很长时间内被人们漠视和忽略,很大程度上是因为森林的生态和文化价值难以用货币的形式进行衡量,因此,生态服务功能价值化已成为国外研究的一个热点。以云南保山西庄河流域为研究区,通过在流域建立水文站、气象站和雨量站等组成监测网络,获取了多年的各类气象和水文要素的观测值,进而利用水量平衡公式分析流域森林生态服务功能中的涵养水源总量,并通过影子工程等评价方法计算出其所蕴藏的经济价值。QUICKBIRD高空间分辨率卫星影像的应用,有助于提取西庄河流域森林生态系统的面积、组分及平均树龄。结果显示,西庄河流域多年平均年降雨量1516 9mm,年径流量1950×104m3,森林生态系统平均年蒸散量为952 7mm。研究表明:西庄河流域森林生态系统年均涵养水源能力为1949 88×104m3,其涵养水源功能的经济总价值为1306 4×104元/a,每公顷森林面积涵养水源的价值为6963 84元/a。