基于地表水与地下水分割校正的漓江流域水供给服务时空格局研究

喀斯特区域水循环过程与其他地区存在显著区别,其水供给服务也具有独特的空间分布特征。然而,目前针对喀斯特地区产水量的时空变化研究较少考虑喀斯特生态系统的特殊性,导致产水量的空间模拟结果存在一定偏差。根据喀斯特地貌形态和地下水补径排泄特征提出了一种产水量分割方法,并基于水量平衡原理建立了地表水与地下水分割校正概念模型。选取喀斯特山区典型区域漓江流域为研究区,通过上述方法校正了InVEST模型产水量模拟结果,从栅格、地貌分区和子流域3个尺度分析了漓江流域2000—2020年产水量校正前与校正后时空分布格局。研究结果表明：(1)漓江流域2000—2020年InVEST模型产水量呈现先减后增再减的趋势,水供给服务空间分布格局为北高南低。产水深度在岩溶区和非岩溶区几乎没有差异,但在岩溶区内部差异明显：裸露型岩溶区产水深度高于覆盖型和埋藏型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江上游区>漓江中游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(2)利用地表与地下水分割校正后,水供给服务空间分布格局为四周高于中部,西北部高于东南部。非岩溶区产水深度明显高于岩溶区,埋...     

基于InVEST模型的疏勒河上游产水量时空变化特征分析

开展山区流域产水量的定量评估研究,有利于区域水资源保护规划的制定、生态补偿机制的建立以及生态平衡的维系。然而,目前对我国西部高寒山区产水量的时空变化评估及其影响因素的研究依然较为缺乏。选取青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河上游为研究区,基于InVEST(Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs Tools)模型定量估算并分析了2001-2019年产水量的时空变化特征及影响因素。结果表明:(1)2001-2019年,研究区年均气温和年实际蒸散量呈增加趋势(P>0.05),年降水量和NDVI则显著增加(P<0.05);(2)年均总产水量为13.66×10⁸ m³,空间分布呈现山地高海拔区较高,河谷低海拔区较低的特征;(3)19年来产水量以0.26×10⁸ m³/a的速率显著增加(P<0.01)。其中,高海拔区的产水量显著增加,约占整个研究区的32.01%;然而,仅有8.39%的低海拔区产水量显著下降(P<0.05)且集中分布在西北部;(4)产水量与降水量显著正相关,同气温、实际蒸散量、归一化植被指数(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)和根系深度显著负相关(P<0.001);(5)产水功能一般重要级别区占研究区面积的47.26%,极重要和高度重要级别区占总面积的28.25%。研究为祁连山国家公园水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供了科学参考。     

应用SWAT模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响

为定量分析潮河流域土地利用和气候变化对流域径流变化的影响,应用SWAT模型对流域上游至下游的大阁、戴营和下会3个水文站径流进行模拟,采用情景法分析径流对土地利用和气候变化的响应。在模型校准期和验证期采用两个参数:p因子和r因子来评价模拟的拟合度及不确定性。结果表明,3个水文站在校准期和验证期的p因子值分别为:0.70和0.77,0.87和0.82,0.92和0.78,r因子值分别为0.63和0.90,0.97和0.79,0.88和0.92,评价整个流域模拟有效性的模型目标函数g最佳值为0.66,说明该模型对潮河流域的产水量模拟具有很好的适用性。以1981—1990年为基准期,1991—2000年流域土地利用变化造成年径流量减少了4.10 mm,而气候变化导致年径流增加了29.68 mm;2001—2009年土地利用变化造成年径流量减少2.98mm,气候变化造成年径流量减少了14.30 mm。与1999年土地利用条件模拟径流值相比,几种极端情景法模拟分析结果表明:灌木林地情景下年径流增加了158.2%,草地情景下年径流增加了4.1%,林地和耕地情景下年径流分别减少23.7%和41.7%;不同气候变异情景模拟结果显示,径流对降水的变化敏感性高于对温度变化的敏感性,降水每增加10%,径流平均增加23.9%。温度每增加12%,径流平均减少6%。因此,在气候变化背景下,优化土地利用结构与方式是实现流域水资源科学管理的途径之一。     

基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34 mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117 亿m³·a^-1,是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44 亿m³·a^-1;整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。     

西南亚高山森林植被变化对流域产水量的影响

国内曾有许多研究认为,长江上游亚高山地区的森林具有增加流域年径流量的作用,所以多年来一直以此来指导该区域的森林恢复与经营实践.将以往的径流场和集水区的观测数据结合起来,应用加权平均插值方法,建立了森林采伐后产水量变化的时间序列;使用SEBAL模型、液流测定结果和水量平衡方程,根据以往研究结果,计算了各森林植被类型的年蒸散量和年产水量.分析结果表明:西南亚高山老龄暗针叶林蒸散低,具有较高的产水量;老龄林采伐后产水量增加,但随着次生植被的快速恢复,产水量增加的持续时间很短,6a后即恢复到原有水平;之后伴随着演替进入灌丛、次生阔叶林、针阔混交林或人工云杉林阶段,产水量会进一步下降并长期处于相对较低的水平,而且会持续百年以上.以往研究中该区森林可以增加年径流量的结论,只适用于其所研究的老龄暗针叶林,不适用于原始林采伐后恢复起来的天然次生林和人工营造的云杉林.在天然次生林和人工林占主导的区域,森林覆盖率增加导致产水量减少,人工林减少尤甚.为深入认识西南亚高山森林的生态水文功能,应采用配对集水区试验长期观测研究,才能为亚高山森林的恢复和经营管理提供决策支持.     

石羊河流域水源涵养功能定量评估及空间差异

水源涵养功能是流域生态系统的重要服务功能之一和可持续发展的关键因素。采用In VEST模型,通过参数本地化,定量评估了石羊河流域产水量及水源涵养功能,在此基础上对水源涵养功能重要性进行分级,通过模拟不同退耕情景,分析其产水量及水源涵养功能的差异。结果表明:(1)In VEST模型中的Zhang系数为2.1时,研究区产水量模拟效果最佳;研究区2015年单元平均产水深度值为60.90 mm,产水总量为24.71×10~8m~3;单元平均水源涵养量为23.97 mm,水源涵养总量为1.35×10~8m~3;单元产水深度与单元平均水源涵养量空间分布均呈现出南高北低的趋势;研究区不同地类单元水源涵养能力以林地最强,草地的水源涵养总量最大。(2)研究区内水源涵养功能一般重要级别区域占总面积的53.94%,极重要和高度重要级别共占总面积的22.40%。(3)根据不同退耕模式情景模拟结果,研究区林地面积最大时,单元水源涵养量及水源涵养总量均最高;随着林地、草地面积的增加,产水量有所减少,且林地面积最大时,产水量最少;基于最小模糊度法,确定了研究区合理退耕还林还草模式。     

太行山区水资源供需关系的垂直梯度特征

太行山区具有水少土薄的生态劣势,却承担着华北平原水源供应的重要作用.开展太行山区水资源供需关系垂直特征研究,有助于指导山区生态系统的可持续管理.本研究基于遥感数据以及InVEST模型,定量评估太行山区产水量,并根据不同地区人均综合用水指标计算耗水量,通过不同海拔的水资源产耗比科学划定太行山区水资源的供给区和受益区.结果表明: 2005—2014年,太行山区年均产水总量为65.94亿m³,耗水总量为45.32亿m³,水资源盈余20.62亿m³;从县域和集水区尺度看,太行山区边缘低海拔地区存在一定程度的水资源短缺问题,整个太行山区的产耗比为1.53;根据产耗比随海拔的变化,可将太行山区划分为3个垂直带,0～300 m为水资源补给区,建议发展为农林复合型过渡带,300～950 m为水资源过渡平衡区,建议维持当前自产自耗的现状,950 m以上为水资源外溢区,建议划为水源涵养保护区,严禁一切开发破坏行为.     

1980-2016年三江源国家公园水源供给及水源涵养功能时空变化研究

为实现三江源国家公园水源供给及涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,基于InVEST模型,利用1980-2016年期间共7期土地利数据,结合气象数据,土壤数据,地形数据等,评估了三江源国家公园水源供给及水源涵养量的时间变化特征与空间分布状况。结果表明：1）1980-2016年三江源国家公园年降水呈不显著增加趋势;潜在蒸散、实际蒸散显著增加。在此影响下,园区产水量及水源涵养量总体呈不显著增加趋势。在不同年代,园区水资源总量经历了骤降-好转-略微降低的变化过程。降水量与实际蒸散量对园区产水量及水源涵养量影响最为显著。2）园区产水量及水源涵养量空间分布趋势一致,呈由北向南先减少后增加的变化趋势。这种空间差异主要由降水差异及地表覆盖特征引起的蒸散差异引起。3）在极端降水条件下,园区产水量及水源涵养量的数量和空间分布差异十分显著。长江源园区生态水源对降水变化的响应最为敏感。