气候和土地利用变化对北三河流域生态系统水源供给服务功能的影响

北三河流域是京津冀地区的重要水源地,恰当分析流域水源供给时空变化及驱动因素对维持生态系统安全与稳定意义重大.基于气象、土地利用及土壤等数据,利用InVEST模型的产水模块分析了北三河流域2000—2017年水源供给量的时空变化特征,通过情景模拟探讨了气候与土地利用变化对流域水源供给能力变化的贡献程度.结果表明, 2000—2017年,北三河流域年均水源供给量为17.8×10~8 m~3,其年际变化呈增加趋势,增长率为1.03×10~8 m~3/a.水源供给量在空间上呈南高北低的分布格局,南北部的平均产水深度分别为70.85 mm和8.83 mm,水源供给高值区由东南泃河和还乡河流域向西南温河与永定北河流域转移.从不同的土地利用类型来看,单位面积水源供给能力由高到低为:建设用地耕地水域未利用地林地草地. 2000—2015年,耕地的水源供给量最高,占流域水源供给总量的51.3%,而建设用地水源供给量增长幅度最大,达到144.3%.情景模拟结果表明,气候和土地利用变化对水源供给量增加的贡献率分别为70.7%和29.3%,降水量的激增起到主导作用.     

基于InVEST模型的称钩河流域土壤保持功能研究

选择陇中黄土高原称钩河流域为研究区,采用InVEST模型进行土壤侵蚀及土壤保持空间分布模拟.结果表明:称钩河流域2014年潜在与实际土壤侵蚀量分别为6.45×10~6和1.15×10~5t,土壤侵蚀模数为725.24 t/(km~2·a),整个流域以微度侵蚀为主,面积占整个流域的94.69%;全流域的土壤保持总量为6.35×10~6 t,单位面积土壤保持量为39 861 t/(km~2·a),土壤保持率高达98.34%;不同土地利用类型土壤保持总量从大到小依次是:梯田天然草地有林地灌木林地建设用地旱平地人工草地坡耕地裸地,梯田的土壤保持总量最高,为2.4×10~6t,占总量的37.69%.     

太行山淇河流域地形对水源供给的影响

基于2000-2015年土地利用数据以及研究区DEM数据,借助InVEST及ArcGIS等软件,对太行山淇河流域不同地形要素下水源供给量变化特征进行分析.结果表明:(1)淇河流域地形起伏度自中部向东、西部呈阶梯状递减,2000-2015年单位面积水源供给量随起伏度逐渐降低.研究区主要以小起伏(70～200 m)为主,但单位面积水源供给能力较小,水源供给能力较大的是平坦(0～30 m),其次是微起伏(30～70 m).(2)淇河流域水源供给能力随着海拔的升高整体呈逐渐降低的趋势.其中主要受当地降雨及植被影响,高海拔地区主要分布的是林地与草地,降雨量低,加之植被对降雨的截留与蒸散,导致研究区高海拔区水源供给能力较低海拔区低.(3)淇河流域在微坡区单位面积水源供给量最大,随坡度的增加逐级微减而后微增,在较陡坡处达到峰值后突减.(4)淇河流域平地地区单位面积水源供给远高于其他坡向地区,阳坡的单位面积水源供给总量小于阴坡.     

托木尔峰自然保护区不同生态系统水源涵养价值评估

托木尔峰国家级自然保护区是我国少见的高山自然保护区之一,拥有南天山完整的7个垂直自然带谱,水源涵养功能强大,该保护区对其下游居民的生产生活产生极大的影响。本研究通过野外实地调查,同时结合以往收集的文献资料,估算了托木尔峰国家级自然保护区几类典型生态系统的水源涵养量及其水源涵养价值。研究发现保护区的3种典型生态系统的水源涵养量分别为:云杉林7.96×10~6m~3、灌木林81.76×10~6m~3、草地214.90×10~6m~3,其价值为:云杉林0.67×10~8元、灌木林6.90×10~8元、草地18.14×10~8元。土壤层在水源涵养量中所占的比例高达到89.98%,是水源涵养的主要作用层。云杉林生态系统在这3种典型生态系统中单位面积水源涵养能力最大,占比高达52.06%。草地生态系统在涵养水源过程中占据主导地位,其水源涵养量及其价值为最高,占生态系统涵养水源总价值的51.22%。     

基于InVEST模型的喀斯特流域水源涵养量——以贵州省内乌江流域为例

探讨喀斯特地区流域生态系统的水源涵养能力对为当地制定水土流失方案和规划水源涵养林有重要意义。以贵州省内乌江流域为例,采用In VEST模型定量评估研究区产水量和水源涵养量,在此基础上,探讨了纯喀斯特、亚喀斯特和非喀斯特景观涵养水分能力的差异。结果表明:1)研究区总产水量为365.14×10~8m~3,总水源涵养量为14.66×10~8m~3,单元产水量和单元水源涵养量分别为549.06 mm~3和55.12 mm~3;2)产水量空间分布表现为自南向北逐渐递减,水源涵养量空间分布呈现自南向北逐渐递增趋势;3)地类间的单元水源涵养量由高到低排序为林地草地耕地裸地建设用地水域;三种景观的单元水源涵养量由高到低排序为非喀斯特亚喀斯特纯喀斯特。     

气候与土地利用变化背景下青海湖流域产水量时空变化

基于InVEST模型的产水模块对2000-2015年青海湖流域的产水量进行模拟,结合未来气候情景数据和土地利用数据对2025-2050年产水量的时空分布进行预测分析.结果表明,2000-2015年青海湖流域产水量呈波动增加的趋势;2000-2050年子流域产水深度的低值区主要分布在青海湖湖区的西部,相对高值区位于湖区的...     

基于VIC模型的气候变化对红水河上游流域径流影响研究

为研究红水河上游流域未来径流变化特征,利用VIC模型和全球气候模式(GCMs)对3种典型排放情景下的流域未来径流的变化进行了模拟研究。结果表明:红水河上游流域未来的年平均径流量明显减少,且6~9月径流量明显减少,未来年平均径流量比历史基准期平均径流量减少约14.32%~34.33%;径流量在流域西部的山区增加明显,而在中东部的河谷平原地区减少较多;在未来径流总量减少的情况下,流域出口不同重现期的年最大日流量主要表现为增加,流域出口处的龙滩水库入库洪水上升的可能性较大,水库防洪风险增加,径流性水资源可控性和利用率降低。研究结果可为研究区的水资源管理提供参考依据。     

基于耦合模型的沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程模拟

为定量解析沙颍河流域地下水与地表水硝酸盐通量过程,构建了SWAT,MODFLOW和MT3DMS耦合模型,利用2007-2012年水量水质观测数据对模型进行了校验.校验结果表明,地表水流量决定系数R~2大于0.68,地下水水位和地表水水质R~2均大于0.9,地下水水质相对误差Re在15%以内,符合模型精度要求.在此基础上,选择沙颍河流域探究了流域地表水与地下水补排关系和硝酸盐通量过程.结果表明,沙颍河流域地表水与地下水的补排关系主要表现为地下水补给地表水,年均净补给水量约3.18×10~8 m~3.年际表现为丰水年大,达15.2×10~8 m~3,枯水年小,仅为0.26×10~8 m~3;年内表现为汛期地表水补给地下水,枯期地下水补给地表水;空间上表现为流域中上游(沙河、颍河中上游和汾泉河)地区大,年均值可达2.53×10~8 m~3.流域地下水对地表水年均硝酸盐净补给量0.38万吨,表现为,年内秋冬季净贡献量大,占总净贡献量的81.6%;空间上表现为流域上游地区净贡献量大,占总净贡献量的87.4%.流域中下游地区净贡献量小,占总净贡献量的12.6%.     

气候变化对我国华南沿海地区水资源的影响——以南流江流域为例

为研究气候变化对我国华南沿海地区的水资源的影响,以南流江流域作为研究对象,应用具有物理机制的分布式水文模型SWAT对流域径流进行模拟。以常乐站1970~1994年月径流数据对模型进行率定,以1995~2013年月径流数据进行验证,基于南流江流域气候变化预估成果设置20种未来气候情景,模拟不同气候变化条件下的流域水文过程,计算不同情景下南流江流域径流及蒸散发的变化,分析气候变化条件下的水资源响应程度。结果表明:月径流模拟值与实测过程线总体拟合程度很好(R20.85,Ens0.8),SWAT模型在南流江流域具有较好适用性;降水是影响南流江流域径流变化的主要气候因子,而影响蒸散变化的主要气候因子是气温。降水不变时,气温每上升1℃,年均蒸散发量增加9.1 mm,年均径流量减少9.2 mm;气温不变时,降水量每增加10%,年均蒸散发量增加5.1 mm,年均径流量增加159.3 mm。预计到本世纪中叶,南流江流域年均径流变化幅度为-29.6%~27.6%,到本世纪末的变化幅度为-30.5%~26.7%,这将对南流江流域带来一系列的问题与挑战。     

变化情景下的漳卫南运河流域水量水质模拟

漳卫南运河流域是我国一个水资源短缺、水质恶化的典型流域.本文应用SWAT模型,结合设置的9种变化情景(包括降雨量、灌溉量、点源排放量、面源污染量),模拟了流域内主要站点(辛集、元村、合河、庆云、四女寺、临清、观台和淇门站)的径流量、总氮、总磷质量以及流域蒸散发在不同情景下的响应.结果表明:降雨量增加25%,将增加径流量147%、总氮50.2%、总磷83.3%、蒸散发8%;灌溉量减少10%,将增加径流量约4%,降低蒸散发3%;点源污染按达标排放将减少总氮24%、总磷8%;按环境容量排放将减少总氮15%、总磷9%;按排放量消减15%,将减少总氮7%、总磷15%;面源污染量减少10%,将减少总氮4%、总磷2%.为了增加入海流量、减少人海污染量,最佳情景组合(即降雨量维持现状、灌溉用水量减少20%、点源按达标排放、面源污染量减少20%),将增加径流量43.6%,总氮和总磷含量减少29.9%和14.2%.这些结论可为漳卫南运河流域的水量配置和水质污染控制措施提供一定的科学依据.     

基于InVEST模型的杨溪河流域土地利用变化对水源涵养功能的影响

水资源短缺问题已经严重制约人类的生产生活,研究不同土地利用条件下的产水量和水源涵养功能,可科学指导区域水资源的利用和管理。利用InVEST模型分析了杨溪河流域1995年、2005年和2015年不同土地利用情况下的水源涵养量和水源涵养服务价值。结果表明：杨溪河流域在1995年的水源涵养量大于2005年和2015年,2005年和2015年的水源涵养量较为接近;杨溪河流域1995年、2005年和2015年的产水量均显示出上游和下游有较高的产水量;杨溪河流域在1995年、2005年和2015年的水源涵养服务价值分别为23.56亿元/a、21.44亿元/a和21.55亿元/a。人类活动将影响杨溪河流域水源涵养功能,在水资源开发利用方面,要协调好经济、环境和资源等各方的关系,为杨溪河流域等我国南方地区中小流域的开发利用和保护提供参考依据。     

若尔盖湿地水源涵养时空变化及影响因素

若尔盖湿地是黄河重要的水源涵养地。研究若尔盖湿地水源涵养量时空变化特征,提出水源涵养率指标并用于分析水源涵养能力变化,对于丰富生态系统水源涵养评估研究、科学布局若尔盖湿地生态保护和建设工程具有重要意义。选取四川省若尔盖湿地为研究区,利用SWAT构建了涵盖研究区的流域分布式水文模型,计算分析了1971~2016年湿地水源涵养量及其时空变化特征,基于水源涵养率指标分析了若尔盖湿地水源涵养能力及其变化,并探讨了其影响因素。结果表明：（1）若尔盖湿地年水源涵养量为121.4~348.1mm,20世纪90年代开始明显减少,黑河流域减少尤为显著;（2）水源涵养率总体呈减小趋势,年均水源涵养率由1971~1995年的0.34减小到1996~2016年的0.30,90年代中期以来若尔盖湿地水源涵养能力明显下降;（3）潜在蒸散发量增加、主要水源涵养植被土地面积减小等气候变化和土地利用变化是若尔盖湿地水源涵养量减小及功能降低的重要影响因素。     

近30年千岛湖流域产水量时空变化及其影响因子分析

【目的】千岛湖流域是长江三角洲重要的水源地和生态屏障区，研究其水源供给服务对长江三角洲生态保护和社会经济高质量可持续发展有着重要的意义。【方法】基于InVEST模型对千岛湖流域近30年的产水量进行量化，并通过情景分析法和地理探测器探究其时空变化特征以及空间分异的主要影响因子。【结果】1995—2019年，千岛湖流域产水量与降水量的年际变化具有一致性，表现为前期大幅度减小后明显增大再略微减小的波动变化趋势，空间分布格局变化不大，产水高值区主要集中在流域西部，低值区则集中在流域东部湖区范围内；不同土地利用类型中，建筑用地的平均产水量最高，草地次之，林地和水体的平均产水量最低；气候变化对产水量的影响较为显著，土地利用变化对产水量的影响较低；实际蒸散量是产水量空间分布格局的主要驱动因子，土地利用类型次之，实际蒸散量与降水的交互作用最为显著。【结论】流域产水量是气候、土地利用类型等多种因子共同作用的结果，在未来的生态建设和环境保护中，需要综合考虑地形、气候和人类活动的变化对千岛湖流域产水服务的影响。     

北京市居民用水水价提升空间及其节水潜力

该文分析了北京市居民用水水价及其用水量现状,采用双对数模型建立用水需求价格弹性函数,并计算了不同情景水价调整方案下节水潜力。结果表明,北京市当前水价偏低,居民水费支出系数约0.55%,低于1%标准,人均生活用水量低于节约型标准39.77m~3/年,需水价格弹性系数为-0.166。计算了4种不同情景下的水价调整及其节水潜力,并推荐了近期、中期、远期水价调整方案,三种方案下水价提升幅度分别为3.69元/m~3,5.25元/m~3,7.6元/m~3,与之相对应的水费支出系数均为1%,年节水潜力可达6.74×10~8m~3,687×10~8m~3,7.02×10~8m~3。该文研究为北京市居民用水水价改革提供依据。     

海南岛中部山区土地利用变化对碳储量时空分异的影响

【目的】研究海南岛中部山区土地利用变化与生态系统碳储量之间的时空变化规律,为区域可持续发展及国土空间规划决策提供依据。【方法】采用InVEST模型估算2000—2018年海南岛中部山区碳储量及其时空分异,结合PLUS模型模拟2050年中部山区土地利用及碳储量变化。【结果】2000、2010和2018年海南岛中部山区的碳储量分别为80.44×10⁶、79.96×10⁶和79.82×10⁶t,呈逐年减少趋势,累计减少620 406.31 t。各时期碳储量降低的原因不同：2000—2010年草地的转出是中部山区碳储量减少的主要因素;2010—2018年碳储量减少的原因在于城镇化扩张侵占林地及耕地。林地作为主要地类,贡献大部分的碳储量,是中部山区碳汇的主要来源;同时,草地碳密度远高于其他地类,区域碳储量对其变化较为敏感。基于自然发展状态下的模拟发现,2050年海南岛中部山区的碳储量显著下降,原因在于建设用地和水域面积增加及林地、草地和耕地面积减少。【结论】在城镇化扩张的背景下,生态系统碳储量存在不断下降的风险。未来国土空间规划应...     

气候和土地利用变化对大汶河流域径流的影响

为了分析气候与土地利用变化背景下大汶河流域径流的响应,利用土壤与水评价(SWAT)模型,设置5类情景,分别采用情景模拟分析方法进行定量分析,采用极端土地利用情景设计模拟流域内不同土地利用类型的径流响应。结果表明:上、下游的戴村坝和莱芜2个水文站率定和验证阶段决定系数R~2分别为0.83和0.80、0.73和0.69,Nash-Suttclife模拟系数E_(N-S)值分别为0.79和0.76、0.71和0.72。与基准期(1980—1990年)相比,1991—2004年流域土地利用变化使年径流量增加0.288亿m~3,而气候变化导致年径流减少1.32亿m~3;受土地利用变化影响,2005—2015年年径流量增加0.132亿m~3,而受气候变化影响,年径流量减少0.61亿m~3。与2000年土地利用模拟径流量相比,耕地情景下径流量减少38.3%,林地情景下的径流量减少19.8%,草地情景下的径流量增加4.3%,证明草地具有涵养水源的作用。该流域的降雨量和流域年径流之间呈正相关关系,而流域年总径流量与气温呈负相关关系,并且流域年径流量受降雨量影响更大、更明显。     

北京典型平原区地下水环境模拟及情景分析

为研究跨流域调水引入的新地表水源对北京市典型平原区顺义区地下水环境的影响,该文对受影响区域进行空间概化、边界条件与源汇项设定,并选取地下水水位及NH3-N、高锰酸钾指数(CODMn)、F、As为评价指标,基于MODFLOW与MT3D,构建研究区地下水水流与溶质迁移耦合模型;通过参数率定与模型验证,保证模拟结果的正确合理,基于建立的模型,进行不同地表水情况下的情景模拟分析.结果表明:在设定的情景下,新引入地表水源的年下渗量占总引水量的84.2%,主要影响新引入地表水源的周边潜水含水层,对敏感区域的水质5a累计影响小于0.9%.     

阿克苏地区土地利用变化情景模拟及其生态安全水平评价

采用CA-MCE-Markov模型设计并模拟了阿克苏地区2030年自然发展、经济发展优先、内涵提升情景下的土地利用变化,运用PSR模型定量评价了3种情景的土地生态安全水平.结果表明：1)面积变化上,内涵提升情景耕地减少了774 km²,城乡建设用地增加了100 km²,实现了集约发展;自然发展情景与经济发展优先情景耕地增加了3 436 km²,城乡建设用地增加了386 km²,呈粗放式发展.2)空间变化上,自然发展情景耕地、林地、水域反演位置不符实际、经济发展优先情景城乡建设用地布局粗放、内涵提升情景用地布局具备合理性.3)顺延历年发展状态,生态安全水平将持续降低;若以经济发展优先为发展导向,安全压力及承载力响应两方面问题依然严峻;相比之下,内涵提升情景生态安全水平大幅提升,为最优模拟方案,生态高度安全.通过评测不同情景土地利用变化差异,为解决实际矛盾、改善生态环境、谋求永续发展提供措施与方法.     

未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量预估

开展未来气候情景下海河流域参考蒸发蒸腾量的预估研究,揭示流域未来气候变化背景下的水文响应规律,有助于更好地为水资源分配和管理提供科学基础和理论依据.根据海河流域及其周边共40个气象站1961—2010年逐日气象资料,基于FAO Penman-Monteith法计算参考蒸发蒸腾量(RET),通过统计降尺度模型(SDSM)实现HadCM3输出RET数据网格到站点的尺度降解,进而生成未来情景下RET并分析其时空变化规律.结果表明,基于SDSM模型的模拟效果较好,可以用于未来情景下海河流域GCM输出RET的降尺度应用;虽然过去50年流域大部分站点的RET年值呈下降趋势,但SDSM模型预测的未来气候情景下大部分区域却呈增加的趋势,其中H3A2情景下增加量略高于H3B2情景,且随着时间的推移增加量越来越大,以流域西北部边缘区域、滦河上游和下游以及徒骇马颊河流域的增加趋势最为明显,RET减少的区域在2020s时期主要位于流域中部,随着时间的推移逐渐缩小到京津塘地区;RET季节值的变化同样具有很强的时空特性,而除了春季时在流域南部、秋季在2020s时期滦河流域下游和海河北系的东部部分区域、冬季在流域的西南部和东北部RET呈减小趋势外,其余RET则主要呈增加的趋势;同时研究表明未来情景下RET增加主要由温度的上升导致.     

黄河上游西柳沟流域淤地坝系对径流影响的模拟分析

黄河上游西柳沟流域水土流失情况严重,流域内修建了不同规模的淤地坝,以改善研究区因水土流失而引起的水沙灾害问题.为探讨淤地坝对流域径流过程的影响,根据淤地坝运行机理,本文在SWAT模型的基础上开发了淤地坝水循环模块,构建了适用于西柳沟流域的分布式水文模型,并根据流域出口断面实测月流量数据对改进的模型进行参数率定及模型验证.分析表明,改进后的SWAT模型率定期与验证期的确定系数R~2均在0. 70以上,纳什效率系数E_(NS)均在0. 5以上,相对误差Re均小于20%,模型模拟效果较好.同时,综合考虑淤地坝地理位置、规模等特性,设置不同情景,利用改进的SWAT模型对不同淤地坝情景下西柳沟水文过程的响应进行了模拟分析.结果表明,西柳沟淤地坝系减水效果明显,随着淤地坝数量的增加,流域出口流量明显减少:与现状淤地坝情形(39座骨干坝)相比,无淤地坝情形下流域出口年均流量将会增加25%左右;未来新建79座骨干坝后的流域出口流量比现状情形减少约75%.本研究利用改进后的SWAT模型量化了淤地坝工程对径流的影响,为进一步研究淤地坝坝系影响下的水沙关系奠定基础.