2000-2010年西安市土地利用/土地覆被变化及其建成区扩张研究

本文以Landsat TM遥感影像、HJ-1卫星CCD影像解译数据为基础,利用3S技术,得到西安市2000、2005及2010年土地利用/土地覆被数据。从空间分布变化、结构变化、类型转换及景观破碎度等角度,定量分析2000-2010年西安市土地利用/土地覆被变化及建成区扩展状况。结果表明:10年间,西安市耕地面积显著减少,转化为城市建设用地及林地;2010年西安市建成区面积较2000年增长了54.11%,空间分布上由城市中心向周边县区迅速扩张,导致周边连续分布的植被及未利用地趋势景观破碎化加剧。     

典型流域土地利用/覆被变化预测及景观生态效应分析——以太湖上游西苕溪流域为例

以太湖上游西苕溪流域为研究区，基于1985和2002年土地利用空间数据，结合土地利用变化的驱动因子，运用马尔科夫模型和CLUE S模型，模拟了研究区2020年土地利用的空间格局；在此基础上，通过对斑块类型和景观水平上格局指数的变化分析， 揭示研究区未来土地利用/覆被变化及其景观生态效应。结果表明： 按照1985～2002年土地利用变化的发展趋势，未来研究区土地利用变化主要表现为建设用地面积大幅度增加，耕地、林地面积减小，研究区未来景观格局指数将发生较大的变化。在景观尺度上，斑块数量、边缘密度、多样性指数、均匀度指数、分维数等指标都呈增加趋势，而斑块平均面积减小，表现出景观结构破碎化、斑块形状复杂化、景观向多样性和均匀化发展的特点；而从斑块类型水平上看，各景观类型之间的景观格局指数变化差异较大，反映了生态系统的复杂性.     

土壤侵蚀对土地利用和降雨变化响应和空间分布特征——以金沙江一级支流小江流域为例

全球变化引起了一系列环境效应，土壤侵蚀是全球变化最为敏感环境效应之一。选择生态极其脆弱区小江流域作为研究对象，通过遥感影像和雨量站点获取3期土地利用和降雨变化信息，结合区域基础地理信息数据，利用通用土壤流失方程（USLE模型）对该区域土壤侵蚀对土地利用和降雨变化的响应进行了分析。研究表明：（1）降雨量在1981~1990年为降雨量较小年份，1991~2000年为降雨量较大时间段，2001~2005年降雨量开始急剧减少；（2）1987、1995和2005年的平均侵蚀量分别为：7058、8008和7981 t/（hm2〖DK1〗·a)，中度侵蚀以上面积分别占总面积的2992%、3383%和3318%，其中极强度侵蚀分别占915%、1281%和1263%；（3）在分布特征上，强度侵蚀和极强度侵蚀主要分布在小江流域的中下游地段。极强度侵蚀主要分布在中海拔区域（1 600~2 800 m），所占的比例呈持续下降的趋势，但在高海拔区域，极强度侵蚀呈增加趋势；同时，极强度侵蚀集中分布在高坡度段（>35°）上，占其面积的85%以上，且呈持续增加趋势，在中坡度段（15°~35°）上，极强度侵蚀呈现明显的减少趋势。USLE模型可以较好的反映出全球变化条件下土壤侵蚀效应，为合理开发土地资源和人类经济活动提供科学依据     

抚河流域径流对土地利用变化时空响应

为了揭示近十几年抚河流域径流对土地利用变化时空响应过程,通过2003、2010和2017年三期遥感影像图进行监督分类得到土地利用图,基于SWAT模型,定量分析和研究土地利用变化对径流的影响.结果 表明:(1)2003～2010年和2010～2017年土地利用变化规律一致,林地和城镇用地面积不断增加,其余类型则呈现减少的趋势;(2) SWAT模型在抚河流域径流模拟中适用性好,李家渡水文站率定期和验证期结果R2和ENS均大于0.85,沙子岭水文站除了验证期ENS为0.77外,R2和ENS均大于0.80,两处站点相对误差| Re|均小于20％;(3)在气象数据同为2010～2016年及其他阈值设置相同的条件下,仅改变输入的土地利用图,发现林地面积的增加,耕地和草地面积的减小导致了2010年比2003年的多年平均月径流量降低0.65 m3/s,2017年的多年平均月径流量较2010年相比降低0.41 m3/s,后段时期的差异与前者相比较小与林地的增长减缓和城镇用地快速增长有关;(4)在第一阶段2003～2010年和第二阶段2010～2017年,流域内大部分地区径流系数都处于降低状态,林地和草地面积的增加对径流系数有降低的效果,而径流系数升高一般是因为耕地、城镇用地面积增加或者林地面积减少导致的.     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点，以汉江上游流域LUCC模拟为例，构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型，并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加，其中建设用地增幅最大，与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符；除建设用地增幅变化较大之外，1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近，表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律，在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上，应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下，汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势，LUCC对径流量年内影响较汛期显著，多年平均蒸散发量呈增加趋势     

土地利用变化对流域水文过程时空分异的影响 ——以赣江流域为例

土地利用变化引起的水文分量时空变化对认识流域产汇流过程，优化流域土地利用结构和水资源规划具有重要意义。基于SWAT模型，本研究以赣江流域为例，结合1980、2000、2015年3期土地利用数据从水文响应单元的角度，系统分析了单纯土地利用变化对流域产流、蒸发、入渗以及径流等主要水文过程时空分布的影响。结果表明：1980~2015年间，流域内的土地利用变化主要表现为耕地和林地的减少，城乡建设用地的增加；林地的减少和城乡建设用地的增加是产流增加，蒸发和入渗减少的主要原因；总体上，土地利用变化对局部地区水文过程影响较大，但因土地利用类型之间的相互转化和其影响的叠加，流域尺度上的综合水文效应明显降低；土地利用变化导致整个赣江流域平均径流量增加了2.33×108m3，相比较近年来赣江径流的减小幅度其影响十分有限。近年来，赣江入湖径流量的下降主要是由气候变化和其他人类活动作用特别是流域工农业用水的大幅增长所致。流域水文过程模拟应充分考虑土地利用变化水文效应的时空分异，注重天然和社会水循环的耦合，才能更为真实的反映流域水文过程，更好的为流域土地利用结构优化和水资源的高效管理提供科学依据。     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

基于景观指数和马尔科夫模型的铜梁县土地利用分析

以重庆市铜梁县为研究区域，以三期TM/ETM+遥感影像为主要数据来源，在获取大量数据的基础上，结合景观生态学理论研究了1993~2007年铜梁县土地利用的景观格局，运用马尔科夫模型对土地利用/覆被变化过程及数量转化情况进行分析并对其未来变化趋势进行预测。结果表明：1993~2007年铜梁县景观形状趋于复杂，斑块破碎度降低，景观异质程度下降，景观类型有向单一化或非均衡化发展的趋势；林地减少较快而建设用地增加较快，减少的林地主要转化为园地和耕地，增加的建设用地主要来自于园地和耕地。研究表明，将景观指数、马尔科夫模型结合进行土地利用/覆被变化的研究，能更有效地分析土地利用的格局和过程，取得较好的效果.     

江汉平原土地利用演变对区域径流量影响

江汉平原是我国重要的粮食基地也是武汉城市群发展的腹地,了解区域土地利用演变对流域水文的影响有助于为土地规划政策及水资源可持续发展提供决策支持。以2000～2004年为模型校准期,2005～2009年为模型验证期构造SWAT模型并模拟区域内主要流域的月、年径流量。然后借助双累积曲线研究江汉平原内主要江河的人类活动对径流的扰动作用并对比分析1980和2010年二种土地利用模拟情景下径流量的变化情况。结果表明：模型验证能较好的模拟区域内长江及汉江的径流量;随着降雨量的减少,土地利用变化对径流量的影响在增加;1980～1990年人类活动对径流的影响主要体现在水利设施的投入和林地减少上,2000年之后土地利用尤其是建设用地的增加对径流的影响日趋变大     

1991－2001年南昌市土地利用/覆被变化特征研究

土地利用/覆被变化是区域变化的重要组成部分，是短时期内人类活动对自然环境改造的显著表现形式。南昌市地处京广线和沿海地区之间，属于经济欠发达地区的省会城市。近年来，社会经济发展迅速，城镇化进程明显加快，土地利用变化显著。文章利用1991—2001年南昌市土地详查和变更数据，分析南昌市土地利用/覆被变化特征，其基本结论有： （1）土地利用类型构成以耕地、水域和林地为主；（2）建设用地增幅显著，而耕地数量则呈下降态势，土地利用结构的变化与城镇的发展密切相关；（3）从土地利用程度看，不论是单项指标指数还是综合指数，南昌市均高于全国平均水平；（4）从时间序列看，南昌市土地利用/覆被的多样性指数和均匀度指数逐渐增大，而优势度指数逐渐减小，指数变化的趋势还表现为前一时期（1991—1996年）比后一时期（1996—2001年）要大，这表明土地利用/覆被的破碎化程度持续加强，但后期的加强程度呈弱化趋势。     

三峡库区不同退耕还林模式水土流失特征及其影响因子

三峡库区为国家水土保持重点防治区，土地利用/覆盖变化（LUCC）与水土流失的关系已成为水土流失治理研究的关注重点之一，退耕还林工程的水土保持效益对于库区生态环境的建设具有重要意义。通过对库区典型退耕还林模式的水土流失的监测，分析其不同降雨条件下水土流失特征及影响因子，结果标明：（1）退耕还林后库区的水土流失问题得到了有效控制，退耕还林后各土地利用类型的年地表径流量下降了70%~95%，泥沙流失量则比农田降低了97%以上，其中乔木林和竹林对水土保持的效果最为理想；（2）退耕还林后各土地利用类型年地表径流量与降雨量呈较好的指数关系，随着降雨量的增加而增加。除农田和板栗林外，各土地利用类型年地表径流量与雨强关系不显著；（3）泥沙流失量与降雨量和降雨强度的关系均不显著；（4）各土地利用类型地表径流的80%以上，泥沙流失量的95%以上都是发生在暴雨条件下，暴雨事件成为库区水土流失的主要气候影响因素；（5）凋落物层盖度是控制退耕还林各模式地表径流的主要因素，各土地利用类型的年地表径流量均随着凋落物层盖度的增加而显著降低     

城市湖泊地区的土地利用变化--以武汉东湖为例

利用1986、1993、1999年的Landsat TM卫星遥感影像和1981年地形图,借助GIS技术分析了城市湖泊地区—武汉东湖流域1987～1999间土地利用的时空变化及景观结构的变化。土地利用分为水体、针叶林、阔叶林、灌草、裸地、农业用地和城镇用地七种类型。各时期遥感影像分类精度都在85%以上。该流域土地利用变化以城镇大幅度扩展（从占全流域面积的9.1％到29.6％）、农业用地增加(从7.0％到13.9％)和由此引起的林地（从占全流域面积的33.6％到24.3％）、水体（从30.4％到23.8％）面积减少为主要特征。同时流域整体的景观多样性下降、优势度提高,但不同景观组分的碎裂化程度的变化趋势不同。其中,城镇用地等优势景观组分的分布趋于聚集,其他类型多趋于碎裂化。流域的城市化具有方向性。城市的快速扩展对林地、灌草、水体等城市湖泊地区的自然生态系统产生显著影响。流域的土地利用及变化受多种自然、社会因素影响。     

基于SWAT模型的丹江口水库流域农业非点源污染的时空分布特征

利用SWAT模型,基于GIS技术和流域DEM,构建了丹江口水库流域农业非点源污染基础信息库,并根据实测资料对模型的参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域农业非点源污染负荷的时空分布特征,模拟计算了流域内主要的土地利用类型的单位面积农业非点源污染负荷量。结果表明：研究区农业非点源污染负荷年内分布不均,污染负荷与降雨量具有较强的相关性,氮负荷同月径流的相关系数为0896,磷负荷同泥沙负荷的相关系数为0920;氮、磷等营养物质的流失量具有较大的空间差异性,且不同土地利用方式下单位面积的农业非点源污染有较大的差别,耕地和裸露地的单位面积污染负荷均较高,而林地单位面积的泥沙负荷污染负荷最低,其单位面积的泥沙负荷、吸附态氮、溶解态氮、吸附态磷和溶解态磷分别为715 t/hm2、892 kg/hm2、835 kg/hm2、807 kg/hm2、006 kg/hm2;设计不同的情景,模拟了不同施肥量和水土保持措施对农业非点源污染物产出的影响,与基准情景相比,发现减少化肥施用水平对研究区农业非点源污染总氮和总磷负荷削减比例较大,采取退耕还林和还草两种水土保持措施能有效减少流域泥沙负荷和农业非点源污染负荷     

21世纪长江黄河源区径流量变化情势分析

以长江、黄河源区为研究对象，应用大尺度半分布式水文模型(VIC)，结合江河源区气象站多年实测温度、降水数据，检验了VIC模型的适用性。模型能较好模拟江河源区地表径流，其Nash系数和相关系数分别达到了0.853 3和0.930 2（长江源区），0.889 2和0.924 8（黄河源区）。基于率定后的VIC模型，运用高分辨率的动力降尺度气象强迫资料，分析了未来气候变化情景下，江河源区径流量可能变化趋势。结果表明，未来30~50 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加858%、919%；未来80~100 a，长江、黄河源区年均径流量将分别增加1716%、721%。相对于2030~2049年而言，尽管年均降水增加006 mm/d，但是黄河源区2080~2099年径流量却将减少1.98%。运用植被情景假设及2030~2049年动力降尺度气象资料，模拟分析了植被变化对江河源区地表径流的影响。从4种地表覆被情景假设可以看出，林地地表覆被产生径流量最小，裸地最大。
     

典型饮用水源地非点源污染的分布式模拟——以滁州市城西水库为例

城西水库（现改名西涧湖）是滁州市唯一地表水源，非点源污染已成为其水质污染的重要原因。基于土地覆被格局，依据非点源污染物质的产生、截留、汇流过程，构建了模拟每个栅格上污染物质向受纳水体的输出贡献量和被各种土地覆被截留量的物理过程模型。以磷素为例，对城西水库流域进行模拟。结果表明： 2000和2010年，流域向城西水库输出总磷量分别达到2 58038和2 46120 kg。库体西北部的市农科所、城郊居委会、水产研究所等地对水质危害最大。多数磷素在向库体的运移过程中被各类土地覆被有效的截留，总量在2000和2010年分别达到5 77449和5 42236 kg，占流域磷素总负荷的691%和68 8%。由于目前土地覆被布局的不尽合理，林地和草地对磷素的截留能力未能充分发挥。建议在流域水文敏感区布设林草缓冲带，将有效减少水库磷素的接纳量     

LUCC及气候变化对李仙江流域径流的影响

为揭示李仙江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响，基于SWAT模型，通过设置不同情景，定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响，并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示：(1) SWAT模型在李仙江流域径流模拟中具有很好的适用性，可以用SWAT模型进行流域的径流模拟，率定期的模型参数R2、Ens分别达到0.74、0.73，验证期的模型参数R2、Ens分别达到0.63、0.63；(2) 单一土地利用情景显示，将农业用地转化为林地或草地，均会导致流域径流量的减少，而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加，农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地＞草地＞林地。(3) 2006~2015年间李仙江流域的LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度，李仙江径流的变化由气候变化主导。(4) 在RCP4.5和RCP8.5两种气候情景下，2021~2050年间李仙江流域径流均呈减少趋势，减少的速率分别为3.6和2.15亿m³/10 a，这与1971~2015年间，流域实测径流减速为6.7亿m³/10 a的变化趋势一致，但这两种情景下，径流的减少趋势有所降低，分别为1971~2015年减速的53.7%、32.1%。     

三峡水库蓄水前后长江中下游江心洲的演变及其机理分析

长江中下游河道存在数量众多的江心洲,三峡水库蓄水运行后这些江心洲的演变深为人们关注。选取2000~2011年宜昌、汉口、大通站的年均流量和输沙量,1999、2001、2003、2005、2007、2009和2011年长江中下游20个代表性江心洲的遥感影像,分析三峡水库蓄水前后水沙变化及江心洲面积变化过程,同时利用概念模型分析江心洲面积变化与流量和含沙量之间的关系。研究表明:(1)三峡水库蓄水后(2003~2011年)宜昌、汉口、大通站的年均径流量较蓄水前分别减少6.1%、7.3%、9.5%,输沙量分别减小90.3%、72.1%、66.9%,平均含沙量分别减少了89.6%、70.8%、64.8%;(2)2003年蓄水前,12个(60%)江心洲面积逐年增加,相对于1999年其平均变化率为26.8%;2003年蓄水后,只有9个(45%)江心洲面积逐年也增加但是平均变化率减少至22.1%,11个(55%)江心洲面积逐年减少,相对于1999年其平均变化率为19.4%;(3)概念模型分析表明:江心洲面积变化量跟水位、冲蚀量成正相关,而水位、冲蚀量跟流量、悬沙减少量成正相关。江心洲面积变化量主要受水位变化控制,这种关系导致长江中下游江心洲演变的一种假象:既蓄水后面积不断增加的少数江心洲实际上也处于不断冲蚀的过程。     

安康水库下游径流演变及水库运行对径流影响分析

利用1970～2010年水文数据,分析了安康水库下游安康水文站径流的年内、年际变化,并运用Mann kendall[JP]趋势分析方法探讨了径流变化趋势和突变年份;在此基础之上,以安康水库蓄水运行时间为界线,通过绘制径流 降水双累积曲线,剥离降水和安康水库以上流域人类活动对其下游径流的影响,得到安康水库运行等人类活动对下游径流影响程度,从而为揭示水利工程建设对河流影响提供定量化参考。研究表明：近40 a来,安康水库下游径流量呈现减少趋势,且水库的建设运行等人类活动使径流发生了由多到少的突变,使径流年际间变化趋于平缓,其对径流的直接影响程度高达838%,是径流减少的最直接、最主要的因素