渭河源流域源汇景观演变对径流泥沙的影响

探讨源汇景观演变特征与径流泥沙的关系对定量识别源汇景观功能对生态过程的影响具有重要的科学意义。以位于黄土高原和西秦岭山地交错区域的渭河源为例,分析了流域源汇景观格局演变与降雨耦合驱动对径流和泥沙的影响,结果表明:(1)研究区1982—2017年汇景观比例逐渐增加并超过源景观,源汇景观功能演变主要发生在黄土丘陵区,源汇景观负荷比指数呈逐年下降趋势;(2)影响流域径流和泥沙的主要因素不同,洪峰流量与含沙量主要受源景观面积比例和源汇景观负荷比的影响,呈显著的下降趋势,而径流量仅与降水量存在相关性;(3)基于信息理论方法的相对重要性分析表明,降雨对流域径流量的相对重要性高于源汇景观负荷比,而源汇景观负荷比对洪峰流量和含沙量的相对重要性较高,传输距离和海拔分布对径流泥沙和洪峰流量具有重要影响。在长时间尺度上,源汇景观格局演变影响了径流及泥沙特征,并且对泥沙影响的相对重要性高于径流。源汇景观合理的时空分布可以有效调控水土流失过程,对黄土高原生态可持续发展具有重要意义。     

基于暴雨径流管理模型的海绵城市景观格局优化模拟

随着我国城镇化进程加快,城市不透水面积急剧增加,城市内涝问题日益严重.为此我国基于低影响开发理念提出了海绵城市概念.本研究以辽宁省沈抚新城中心城区作为研究区域,利用暴雨强度公式构建不同重现期的降雨过程,基于海绵城市理念对研究区进行景观格局优化,并运用暴雨径流管理模型模拟预规划方案和景观格局优化方案两种情景下的地表径流和雨水调控能力的差异,分析景观格局优化方案对城市地表径流和雨水调控能力的影响.结果表明: 随着降雨重现期的增大,研究区内径流总量和径流系数呈上升趋势;在相同降雨重现期下,景观格局优化方案的径流系数明显降低,径流总量的削减量逐渐增加,1年一遇、3年一遇、5年一遇和50年一遇重现期下的削减量分别为2.94、3.58、3.72、4.19 mm;相对应的削减率逐渐降低,分别为23.9%、16.4%、14.3%、9.3%;优化后的方案可满足降雨重现期p=1时设计降雨量20.8 mm、p=3时雨水管网不超载且p=50时河道不溢流的要求.     

不同设计参数对雨水湿地水量水质的调控规律

基于前置塘+二阶表流湿地组合的雨水湿地系统的室内降雨径流模拟实验数据,研究了不同降雨重现期、不同常水位、不同湿地出水口高度、不同湿地级数以及不同污染负荷等设计参数对湿地水量水质调控效果的影响规律,研究结果表明:前置塘+二阶湿地组合的雨水湿地系统通过截留、缓冲和存储作用,对不同降雨径流条件下的产流时间、流量、径流削减率具有多重调控作用,延长了污染物在流域内部的滞留时间,减少了污染负荷的输出,对降雨径流过程中污染物总量具有较好的截留效果。并随设计参数的变化有明显的变化规律。随着降雨重现期的增加,湿地出水口高度的降低,湿地常水位的增加,以及湿地级数的减少,湿地出流量增加,产流时间提前,出流持续时间延长,径流削减率降低。从场次降雨污染物平均浓度(EMC)削减率上看,降雨过程中,雨水湿地仅对SS削减比较明显,削减率达70%—80%,对其他污染物浓度的削减效果不明显。从场次降雨污染物总量削减率来看,雨水湿地对降雨径流污染物具有较好的截留效果,并随着降雨重现期减少、湿地出水口高度增加、湿地常水位降低,呈逐渐增加趋势。     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

半湿润地区外源径流型海绵绿地设计方法研究——以迁安市滨湖东路绿地为例

海绵城市建设视角下的城市绿地在调蓄城市雨洪中承担着日益重要的角色,半湿润地区的海绵绿地具有显著特征,总结其设计方法可为风景园林行业的相关研究和实践提供参考。以河北省迁安市滨湖东路绿地的建设全过程为研究对象,以保障绿地的基本功能和消减绿地内外部径流为前提,将半湿润地区降雨特征 作为研究基础,提出半湿润地区外源径流型海绵绿地的设计方法。针对绿地内部的低影响开发（low impact development,简称 LID）体系,利用 Xpdrainage 软件对场地开发前、后进行不同重现期降雨条件下的径流排放过程的情景模拟,对比分析二者的径流总量、峰值流量和峰现时间。结论： 1）在不同重现期降雨量下,滨湖东路绿地调蓄雨水径流作用显著; 2）半湿润地区外源径流型海绵绿地在设计时须利用定性分析结合定量模拟的设计方法。     

濂水流域降雨变化和景观格局演变的径流效应

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义。本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958—2020年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系。结果表明: 研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1 d径流量均呈非显著下降趋势,年最小1 d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由1980年的1.125、0.541、0.667、16.925上升至2020年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980年的68.237下降至2020年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低。降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加。降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%。研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考。     

基于HEC-HMS模型的八一水库流域洪水重现期研究

不透水率是不透水层面积与总用地面积的比值,它是研究城市水文的一个重要指标.以福州市晋安区八一水库流域为例,应用WMS 7.1软件构建流域结构,将流域分为A,B两个子流域,基于相关数据建立HEC-HMS水文模型对降雨-径流进行模拟,从而构建起不透水率与洪水重现期的关系.结果表明:(1)随着城市化的进程,19a间全流域不透水率持续增长,变化区间在5％-10％之内;(2)子流域A重现期为100、50、25年一遇的洪水随着不透水率的增长,分别提前了20、8、3a;(3)子流域B的重现期为100、50、25年一遇的洪水随着不透水率的增长,分别提前了25、10、4a.     

“城市-街区”尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响研究进展

在雨洪灾害频发和存量规划的背景下,阐明不同尺度下城市绿地景观格局与雨洪滞蓄效能间的关系与机制,成为实现有限城市绿地的最大雨洪滞蓄效能并提高城市防洪能力的关键科学问题。本文系统归纳了城市和街区尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响要素、作用机制和尺度差异。并基于研究结论差异致因和研究不足,指出未来应增加流域尺度研究、拓展三维绿地景观格局的研究,还应分别聚焦城市和城郊区域,针对不同雨洪敏感区和街区结构,建立具有雨洪过程指示意义的研究指数集合,以定量揭示城市和街区尺度的绿地景观格局对雨洪过程作用机理,为城市规划及城市雨洪安全格局构建提供理论指导。     

基于产汇流模拟分析的城市居住小区道路系统布局优化策略研究

道路是城市硬质化下垫面的重要组成部分,它既是居住小区雨水径流的主要来源,也是雨水排放的重要通道,因此居住小区中道路系统与雨水产汇流过程关系的探究对于居住小区雨洪韧性的提升具有重要意义。以天津居住小区为例,借助ArcGIS和SWMM,探讨不同降雨强度下分别具有网格型、尽端型以及环网型、环尽型道路布局模式特点的居住小区产汇流规律,并以此为依据提出以雨洪韧性导向为目标的居住小区道路系统布局优化策略。     

基于“源-汇”理论的流域非点源污染控制景观格局调控框架——以厦门市马銮湾流域为例

基于“源-汇”理论对景观格局进行调控与优化是一种较为经济、有效的流域非点源污染控制新方法,目前尚处在探索阶段.在景观生态学及相关理论与前人已有研究的基础上,以流域整体为对象,从2个层次构建基于“源-汇”理论的流域非点源污染控制景观格局调控框架: 1)流域层次:在分析流域“源-汇”景观合理的基本组合与空间布局方式的基础上,建立了流域景观格局整体调控与优化方法;2)景观斑块类型层次:将关键“源”景观作为重点调控与优化对象,建立了包含景观单位面积污染负荷、景观坡度、起传输作用的狭长“源”景观、临河“源”景观单位岸线长度污染负荷等4项关键“源”景观识别准则,并遵循镶嵌“汇”景观、局部增补带型“汇”景观、提高原有“汇”景观消纳污染物的能力等3项调控与优化原则,针对农村地区与城区不同的关键“源”景观类型,制定了9类调控与优化方法.最后将该框架应用到厦门市马銮湾流域,基于GIS平台及研究区遥感图像与数字高程模型,制定了马銮湾流域景观格局整体调控与优化模式及3个片区关键“源”景观调控与优化方案.     

深圳市西部库区景观格局与水质的关联特征

利用灰色关联分析方法研究了深圳市西部水库流域景观格局指数与水质指标的关联关系,并探讨了"源"、"汇"景观格局对非点源污染的影响程度.结果表明:研究区"源"、"汇"景观的优势程度、聚集程度和破碎程度显著地影响流域内水体质量;2000-2001年,由于研究区"源"、"汇"景观格局的变化,使得整个流域内污染物输出程度不断加剧,污染物得以削减的程度不断降低,导致研究区水体质量恶化.结合研究区"源"、"汇"景观的空间分布特征来看,水库水体质量的变化与"汇"景观在流域下游的分布特征具有紧密关联,这说明"汇"景观格局对非点源污染的防治起着非常重要的作用.     

基于“源-汇”景观的饮用水源地非点源污染风险遥感识别与评价

非点源污染因分布广泛、产生过程复杂、防治困难,近年成为影响饮用水源地水环境的重要污染源。以海南三亚赤田水库为例,开展了基于"源-汇"景观的非点源污染风险遥感识别与评价分析。首先,采用高分辨率遥感影像分类提取水源地不同类型景观分布信息;结合"源-汇"对污染的促进\\阻碍作用,在考虑影响污染物迁移的"河道距离"因子、坡度因子情况下,利用非点源污染风险指数的计算实现对区域非点源污染风险的快速识别;并基于洛伦兹曲线分析水源地景观空间分布对非点源污染的影响。结果表明:一方面,流域非点源污染风险总体较低,"汇"景观占主导作用的子流域占整个区域的76.50%;污染风险呈现东高西低的特点,极高风险区主要分布于以居住用地、建设用地等"源"景观类型为主的流域东南部区域,占整体区域面积的1.28%,而西部以林地为主污染风险小;另一方面,基于坡度因子的"源""汇"景观污染负荷之比值大于1,"源"景观在低坡度区域分布范围广,景观布局较合理;基于"河道距离"因子的"源""汇"景观污染负荷之比值为2.30,"源"景观在距河道近的区域分布范围大,对污染影响大,近河道区域需进一步调整景观格局以降低对非点源污染的影响。基于遥感与"源-汇"景观指数计算是一种快速、客观、有效的饮用水源地的非点源污染风险识别与评价方法。     

城镇化流域“源-汇”景观格局对河流氮磷空间分异的影响——以天津于桥水库流域为例

随着流域城镇化的加速,流域城镇化景观格局对流域水质的影响逐渐加剧。以城镇化趋势明显的于桥水库流域为例,基于流域"源-汇"景观特征指数,并结合于桥水库流域2013、2014和2015年33个子流域的水质数据,采用空间分析、相关分析和冗余分析等方法,探讨了在城镇化影响下,于桥水库流域景观特征指数和水质指标的定量关系。结果表明:整个流域从上游到下游呈现"汇"景观面积减小,"源"景观面积增大的趋势,居民建设用地面积比在中下游子流域达34.6%,"汇"型景观中林地面积为33.5%;景观空间负荷对比指数(LWLI)全局Moran′s I的值为0.637,P0.01,在空间上存在趋于集群的现象,LWLI高-高聚集区与城镇化集中区域具有一致性。LWLI与流域氮、磷空间分布存在极显著的相关性,平水期TN与LWLI的复相关系数R_2为0.811,丰水期LWLI与TP的复相关系数R_2为0.741;子流域所有水质参数NH_4~+-N、TN、NO_3~--N、TP及LWLI均集中在同一象限,与其它景观特征指数相比,LWLI对河流中氮、磷的影响最大。城镇居民用地与水质指标存在极显著的相关性,是流域水质污染重要的贡献源。流域城镇化发展中,建议提高村镇的景观连通性,便于污染物集中处理,同时增加林地、草地面积,改善流域的生态水文功能。     

基于SWMM模型的沈阳典型小区非点源污染情景模拟

随着城市化发展,城市非点源污染占流域非点源污染比例不断增加,正成为研究的热点和难点。本研究基于实测和分布式水文模型SWMM结合方法,在3S技术的支撑下,以沈阳市典型居民小区为例,构建城市非点源污染负荷计算模型,并分析了不同降雨事件重现期和雨型条件下降雨径流及非点源污染负荷变化特征。结果表明,构建的SWWM模型精度较高,纳什效率系数(NSE)达到了0.7以上;TSS、TN、TP和COD的模拟精度较好,对重金属的模拟效果较差。降雨量增加对污染排放影响显著,降雨量由0.25年一遇增加到5年一遇,径流量增加了274.13%,同时TSS、TN、TP和COD分别增加了83.18%、119.37%、103.15%和78.07%;不同雨型降雨对污染浓度峰值产生过程存在影响,雨峰越靠前,污染物的峰值浓度越大。本研究结果能够对城市非点源污染负荷核算和海绵城市建设提供科学依据。     

北京城市土地利用/覆盖变化及其对雨洪调节服务的影响

深入认识城市土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响对于提升城市生态系统服务和雨洪管理具有重要意义。基于多期Landsat遥感影像,利用混合像元分解与人工目视解译集成的方法提取了北京市1991—2014年的土地利用/覆盖数据,模拟评估了不同降雨情景下的地表产流与雨洪调节服务,并分析了城市建成区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响。结果表明:1991—2014年,北京城市用地面积增长了1096.53 km~2,建成区内不透水面比例上升了9.83%。城市建成区雨洪调节服务总体呈下降趋势,1a、10a、25a和100a一遇降雨情景下平均地表径流调节率分别下降了5.37%、2.40%、1.75%和1.04%,一定程度上加剧了城市的雨洪产流风险。同时,城市新扩张区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响较老城区更强,贡献度超过84%。建议未来城市新区发展应合理配置不透水地表和绿地空间以提升城市雨洪调节服务。     

晋西黄土区不同植被覆盖流域的水文响应

为了研究不同植被覆盖对流域径流的影响,以晋西黄土区蔡家川流域内的天然次生林流域和人工林流域为对象进行了对比分析。结果表明,天然次生林流域的年径流量、雨季径流量均小于人工林流域,天然次生林流域的年总径流量、雨季径流量分别是人工林流域的58.57%、48.04%,年地表径流量、雨季地表径流量分别比人工林流域减少了82.95%、81.12%;人工林流域的基流量为零;在短历时高雨强的降雨形式下天然次生林流域的削洪效应显著,其单位面积洪峰流量比人工林流域减少了83.41%;不同植被覆盖下径流对不同雨型的响应不同,人工林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的10.08倍、3.35倍,天然次生林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的6.79倍、1.64倍。     

喀斯特山地城市内山体绿地对城市热岛的减温效应——以安顺市西秀区为例

山体绿地是喀斯特山地城市内典型的城市绿地景观类型,其对于改善城市生态环境、提升喀斯特山地城市生态服务功能具有重要作用。以黔中典型喀斯特山地城市安顺市为研究对象,运用2011年和2016年两期热红外遥感影像和城市景观结构空间数据,在反演分析城市热岛效应及其强度时空分布特征的基础上,运用冷热点分析剖析了山体绿地与城市热岛效应冷点分布区的关系,揭示山体绿地对城市热岛的减温效应。结果表明:基于Landsat热红外遥感数据反演地表温度结果显示,2011—2016年,安顺市西秀区平均反演地表温度升高约4℃;主城区一带热岛效应呈现加剧趋势,但总体热岛面积呈下降趋势,绿岛区多分布于水体和山体绿地中,且山体绿地对热岛效应减缓作用逐年增大;热/冷聚集面积呈现上升趋势,约40%~50%的冷聚集区由山体绿地贡献,热聚集区主要由建筑用地和其他用地构成;500 m格网尺度下,山体绿地面积与地表温度呈显著负相关,表现为山体绿地面积占格网比例每增加10%,地表温度将降低0.17~0.27℃。研究结果可为喀斯特山地城市山体绿地管理、城市绿地空间规划和城市热环境缓解提供科学依据。     

景观指数耦合景观格局与土壤侵蚀的有效性

景观格局分析是景观生态学中揭示景观变化及其生态效应的主要方法,而景观指数是景观格局分析中广泛使用的工具。土壤侵蚀是土壤物质在景观中的迁移和再分配过程,受地形、植被和人类活动及其空间格局的调控。运用景观格局分析揭示景观格局变化特别是土地利用/覆被格局变化对土壤侵蚀的影响是土壤侵蚀研究中应用景观生态学原理和方法的典型。在当前的研究中,斑块-廊道-基质范式下建立的景观指数对侵蚀过程的解释能力不断受到质疑,建立筛选适用的景观指数的原则和方法十分必要。以延河流域碾庄沟小流域为例,利用WATEM/SEDEM模型模拟多个年份流域侵蚀产沙和输沙量;基于土地利用/覆被数据,利用Fragstat4.2软件,计算了相应年份流域斑块、边界密度、形状、集聚与分散和斑块类型多样性4个方面的代表性景观指数。在此基础上,分析了景观指数与流域侵蚀产沙和输沙之间的关系,讨论了景观指数在土壤侵蚀研究中的有效性,在景观和斑块类型水平上分析了景观指数表达"源"、"汇"两大类景观类型的空间格局与侵蚀产沙和输沙之间的关系的一致性。结果表明:斑块-廊道-基底范式下发展的景观指数在指示景观格局的土壤侵蚀效应时存在局限。相对而言,斑块类型尺度的景观指数更能有效表达景观格局与土壤侵蚀的关系。基于景观类型在土壤侵蚀过程中的"源"、"汇"功能,提出了在土壤侵蚀研究中筛选适用的景观指数的原则:(1)对"源"、"汇"两类景观类型,景观指数与土壤侵蚀状况表征变量的相关系数符号相反;(2)对同为"源"或"汇"景观类型的多个景观类型,景观指数与土壤侵蚀表征变量的相关系数应具有符号一致性。尽管景观指数在斑块类型水平上具有一定的有效性,但用其预测景观格局变化的侵蚀效应有很大的不确定性。因此,基于土壤侵蚀过程与景观格局的作用机制发展新型的景观指数是增强景观格局分析预测土壤侵蚀过程的能力的途径。     

从生态智慧的视角探寻城市雨洪安全与利用的答案

正雨洪管理与雨水资源利用雨洪是自然现象,雨、洪是两个既相关又有区别的概念。单纯的本地降雨(包括暴雨)是自然资源,需要也可以为人类利用;尽管它们可能造成内涝,但一般不会在当地形成暴涨暴落的洪水。洪,指流域上游暴雨引发的超量地面水,暴涨暴落且含有巨大的能量;若未能迅速分流,则会在下游低洼地聚集,形成洪涝,对人类生命财产造成危害。虽然雨、洪经常同时出现,但如对二者的资源性     

基于暴雨径流管理模型(SWMM)的海绵城市低影响开发措施控制效果模拟

为解决城市化过程中遇到的水生态、水安全和水环境问题,以低影响开发(LID)为核心理念,我国提出了海绵城市这一新型城市雨洪管理概念.本研究利用芝加哥雨型和沈阳暴雨强度公式构建了不同重现期的降雨过程线,然后利用暴雨径流管理模型(SWMM)模拟分析了城市化前、城市化后和LID措施后3种情景方案的水文水质过程.结果表明: 随着降雨重现期的增大,LID措施减少的径流量逐渐增大,研究区径流量基本达到城市化前的水平.LID措施对总悬浮颗粒物(TSS)、化学需氧量(COD)的去除量较大,但TSS和COD排放量仍然远远高于城市化前,总氮(TN)和总磷(TP)的污染物排放量接近于城市化前的自然状态.随着雨强的增大,径流流速增大,LID措施消减的TSS、TP和COD量逐渐减小.