延河流域景觀格局與水文過程耦合分析

延河流域景觀格局與水文過程耦合分析

作者:師大云端圖書館 時間:2015-11-30 分類:博士論文 喜歡:3103
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【摘要】本研究以水土保持的典型實驗區延河流域為對象,探討延河流域退耕還林(草)政策實施前后土地利用/覆被變化的特征,試圖將自然環境條件與土地利用/覆被變化以及歷史發展過程相互聯系,評價延河流域景觀格局變化對水文過程的影響,對流域景觀格局與水文過程的研究具有重要的科學價值和現實意義。本文應用遙感技術和地理信息系統技術,結合實地調研和數學統計方法,首先分析退耕還林(草)政策實施前后,延河流域土地利用/覆被變化(LUCC)狀況。并通過元胞自動機—馬爾科夫鏈(CA-Markov)空間動力學模型模擬預測其變化趨勢;而后借助SWAT分布式水文模型,分析和模擬預測延河流域的水文過程;在此基礎上,嘗試定義內涵包括地形、土壤和土地利用/覆蓋變化(LUCC)信息的景觀單元,通過景觀格局指數方法定量描述延河流域在地形和土壤類型復雜多變的情況下,土地利用變化引起的景觀格局變化對生態水文過程,特別是土壤侵蝕過程的影響,并構建與土壤侵蝕過程密切相關的綜合性景觀格局指數,反映區域景觀格局變化與土壤侵蝕過程的耦合關系。主要結論如下:(1)延河流域土地利用變化:耕地不斷減少,生態用地不斷增長。1990-2010年,延河流域土地利用呈現出牧草地、灌叢林、有林地不斷增長、耕地不斷縮減的態勢。牧草地較其它土地類型比例是最大的,屬于延河流域的優勢景觀類型。根據CA-Markov模型預測,到2020年延河流域林、灌、草地總面積將達到66.63%,耕地占14.53%,牧草地減小了10.59%,園地增長105.35%,建設用地增長89.68%。上述變化與延河流域經濟社會發展趨勢基本符合。(2)延河流域水文過程:延河流域降水量、徑流量和輸沙量時空變化有規律性。依據歷史文獻資料生成“延河流域歷史記載旱澇災害時間序列圖”,得知延河流域歷史上旱澇災害相間發生,旱災危害較大。近60年的降水量、徑流量、輸沙量時間序列變化相似,三者實測數據之間的相關性顯著,但降水量與輸沙量的相關性較弱,降水量、徑流深和輸沙量的變異系數依次增大。通過延河流域6h雨量點IDW插值圖分析,徑流量與降雨強度空間變化特征相似呈現由中部向東西兩邊依次遞減;然而產沙量空間分布特征與降水強度和徑流量的空間分布特征很不同,呈現由南向北,由東向西遞減的趨勢。(3)延河流域SWAT分布式水文模型的構建和應用:利用SWAT模型對延河流域土地利用/覆被變化的水文效應進行模擬分析,得出隨著林、灌、草地面積的增長有助于延河徑流量增加,而泥沙量將會大幅度減小的結論。(4)本文嘗試將水文響應單元(HRU)作為基本景觀單元來研究景觀格局:由土地利用類型、土壤類型、地形特征等幾個要素共同構成水文響應單元(HRU)的空間異質性。用景觀指數方法研究水文響應單元(HRU)的空間格局特征。在景觀水平上,通過主成分因子分析選取DCAD、GYRATE_SD、COHESION、SHEI、TCA、PAFRAC.IJI等7個景觀指數。并從幅度和粒度兩個方面進行景觀尺度分析,判斷適宜粒度為80m。耦合分析延河各子流域的景觀指數與年徑流深、年產沙量關系,結果7個所選景觀指數與徑流量的相關系數很小,全部不能通過顯著性檢驗。但除了TCA和IJI外其它五個景觀指數與產沙量之間有顯著相關性,相關系數絕對值介于0.3-0.5之間。(5)嘗試構建Slope-HRU景觀指數:延河流域各子流域的Slope-HRU景觀指數與年產沙量耦合關系明確,相關系數為-0.6,呈顯著負相關。根據水土流失“源-匯”景觀格局理論構建的Slope-HRU景觀指數,在一定程度上反映了景觀格局與水土流失過程的相互關系。通過對延河流域41個子流域的Slope-HRU景觀指數R值空間分布特征分析,結果表明:在子流域尺度上,Slope-HRU景觀指數和年產沙量存在明顯的區域分異規律。而且Slope-HRU景觀指數R值空間變異情況與年產沙量的空間變化規律相反,即R值由東南向西北遞增,年產沙量由東南向西北遞減。(6)論文創新點:①本文嘗試將水文響應單元(HRU)作為基本景觀單元來研究景觀格局,由土地利用類型、土壤類型和地形特征等幾個要素共同構成水文響應單元(HRU)的空間異質性。用景觀指數方法研究水文響應單元(HRU)的空間格局特征。②根據水土流失“源-匯”景觀格局理論,嘗試構建Slope-HRU景觀指數,反映景觀格局與水土流失過程的相互關系。
【作者】周自翔;
【導師】黃春長;
【作者基本信息】陜西師范大學,自然地理學,2014,博士
【關鍵詞】延河流域;景觀格局;水文過程;水文響應單元;景觀指數;

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