黄河中游典型流域林草生境适宜性及提质潜力评价

[目的]为定量评价黄河中游复杂下垫面典型流域的林草生境适宜性及提质潜力。[方法]综合地理探测器、空间分析、数理统计等多种方法,构建三川河流域林草生境适宜性评价指标体系及评价方法,评价流域现状土地利用条件下的林草适宜度及其提质潜力。[结果](1)三川河流域影响林地适宜分布的主导因子包括光合有效辐射分量、海拔、土壤侵蚀强度和土壤类型等,影响草地适宜分布的主导因子包括海拔、光合有效辐射分量、土壤类型和土壤湿度等。(2)林地不同适宜度的面积由大到小依次为高度适宜、中高度适宜、不适宜、中度适宜,中度适宜以上面积占林地总面积的81.9%,流域林地布局较为合理;草地不同适宜度的面积由大到小依次为不适宜、中度适宜、中高度适宜、高度适宜,中度适宜以上面积占草地总面积的55.3%,流域草地布局仍有较大优化空间。(3)林地提质面积为223.2 km^(2),占中度适宜及以上区域总面积的15.4%,区域内大部分林地已达覆盖度阈值水平;各适宜度区域的林地Ⅰ级提质潜力面积占比均在89.0%以上,提质难度较低。草地提质面积为222.3 km^(2),占中度适宜及以上区域总面积的43.1%,区域内近四成草地仍未达覆盖度阈值水平;各适宜度区域草地Ⅰ级提质潜力的面积占比随适宜度增高而减小,提质难度随适宜度增高而增大。(4)林地可通过加强封禁管控,实施以自然恢复为主的弱干预措施;草地需针对不同适宜度的潜力等级,采取分区适度干预措施,实现草地覆盖度水平的总体提升。[结论]三川河流域林地格局优于草地,草地提质潜力高于林地。研究构建的林草生境适宜性评价方法,可为黄河中游植物措施合理配置和提质增效提供科技依据。

2006年以来三川河流域水土保持措施面积动态变化分析

对三川河流域范围内四个县从2006年以来所实施的梯田、乔木林、灌木林和经济林四种措施进行了调查分析,结果表明2006年以来四县四种措施共实施111928.24 hm^(2),其中梯田占2.10%、乔木林占46.23%、灌木林占14.91%、经济林占36.76%,主要以乔木林和经济林建设为主,梯田和灌木林为辅,这些项目的实施有助于促进三川河流域生态稳定和经济发展,对乡村振兴具有积极推动作用。

三川河流域土地利用及景观格局对径流泥沙的影响

本研究以晋西三川河流域为对象,基于1999-2019年径流泥沙数据和遥感影像,利用GIS和Fragstats软件分析流域径流泥沙和土地利用及景观格局的变化特征,并结合回归分析和相关性分析方法探讨土地利用及景观格局对径流泥沙的影响。结果表明:(1)随着年份的增加,三川河流域的年径流量和泥沙量均呈现减小的趋势,且泥沙量在2014-2019年急剧减少;径流量的变异系数较低,而泥沙量的变异系数较高;(2)耕地面积不断下降,其斑块数量、最大斑块指数、聚集度呈递减趋势;林草地总面积持续增长,其斑块数量、斑块密度、最大斑块指数及聚集度呈递增趋势;(3)径流量与泥沙量随耕地面积的减少、林草地总面积的增加呈现抛物线下降;(4)耕地的最大斑块指数、聚集度和居民及工矿用地的斑块数量、密度均与流域径流量和泥沙量呈正相关关系。通过研究,可科学认识土地利用及景观格局变化对三川河流域径流泥沙的影响,对黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。

基于Budyko假设的环境变化对流域径流影响的界定

受气候变化和人类活动的共同影响,流域环境的变化导致流域径流发生了很大的变化,对流域水资源管理提出了新的挑战。区分和界定气候变化与人类活动对流域径流的影响,对减缓和适应环境变化的有关措施和行动具有重要的科学支撑价值,也是流域水资源可持续管理中亟待解决的关键问题之一。目前基于水文模型的划分方法在年以上尺度的分析中存在均化效应和附加误差,且由于参数较多相对比较复杂,存在的不确定性因素较多。本研究基于Budyko假设理论建立一种区分气候变化和人类活动对流域径流影响的界定方法,并选取黄土高原三川河流域进行应用分析,通过与VIC模型分析结果比较研究表明,对于年以上尺度径流变化分析,该研究中建立的方法具有较好的适用性。由于气候变化和人类活动对流域径流的影响缺乏真值,该方法丰富了这一问题的研究理论,增进了对该区域环境变化影响的认识。

三川河流域水资源演变个例研究

以三川河流域为例,应用WEP-L分布式水文模型和集总式流域水资源调配模型偶合而成的二元水循环模型,模拟了不同情景下流域水循环过程。在此基础上,定量分析了降水、人工取用水以及下垫面条件这三个主要驱动因子对流域水资源演变的影响。在模型中保持其它条件不变,仅以改变降水、人工取用水及下垫面条件来模拟8种不同情景的水循环:情景1,1956-1979年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景2,1980-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景3,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、无人工取用水;情景4,1956-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水;情景5,1956-2000年降水系列、1956-2000年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景6,1956-2000年降水系列、2000下垫面、无人工取用水;情景7,1956-1979年降水系列、1956-1979年系列模拟下垫面、无人工取用水;情景8;1980-2000年降水系列、2000年下垫面、有人工取用水。情景2和情境1比较,发现降水单项因子减少4.5%引起各种口径水资源量的减少,地表水资源量减少18.4%,地下与地表水资源不重复量15.8%,狭义水资源量18.3%,有效蒸散发量2.1%,广义水资源量4.6%。情景4和情境3比较得出,在人工取用水单项因子作用下,地表水资源量减少4.6%,而地下与地表水资源不重复量增加113.5%,在狭义水资源量减少0.4%的同时,伴随有效蒸散发量增加0.9%,广义水资源量增加0.7%。情景6和情境5对比,发现在下垫面条件单项因子作用下,狭义水资源量及其构成地表水资源量和地下与地表水资源不重复量分别减少4.3%、4.3%和2.8%,有效蒸散发量增加7.1%,广义水资源量增加5.3%。情景8和情境7对比分析得出,三个因子对水资源量的综合影响是,地表水资源量减少30.6%,地下与地表水资源不重复量增加114.5%,狭义水资源量减少25.8%,有效蒸散发量增加6.7%,广义水资源量增加1.1%。研究成果对于其它流域水资源演变规律研究具有参考价值。

三川河流域近30年水土保持蓄水拦沙效益分析

根据黄河中游三川河流域至 2 0 0 0年的水文气象和水土保持措施量资料 ,分析了流域近 30年降水、水沙变化特点和治理进展情况 ;通过水沙量还原计算 ,并在地表径流量推求和降水指标计算优选的基础上 ,建立汛期天然水沙量计算公式 ,进而计算分析出 70年代以来各年代的蓄水拦沙效益。结果表明 ,该流域水土保持措施的蓄水拦沙效益十分显著 ,尤其是 80年代蓄水、拦沙效益和 90年代的拦沙效益分别较 70年代提高了 2 2 7%、18 4 %和2 3 5 %。

GIS环境下基于DEM的三川河流域特征提取

以地理信息系统软件ArcGIS 10.0为平台,探讨了其水文分析模块在流域划分、地形分析、河网提取上所采用的算法和原理。并以三川河流域为例,基于数字高程模型(DEM)数据,详述了提取流域特征的方法和步骤,实现了流域边界、坡度、坡向、表面曲率及流域河网的自动提取。结果表明:上述成果均能较好地吻合流域的实际情况,该方法具有操作简单、灵活方便、成果精度高、提取速度快等特点。流域特征的自动提取为进一步研究水土保持、水文模型、流域规划及数字流域等提供了基础数据,具有重要的实际意义。

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明:(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。

三川河水沙变化及人类活动影响

通过对三川河流域降雨、径流和泥沙资料统计,分别提出了以汛期降水为主要变量的流域天然状态下的两种产沙量计算方法,并应用于计算之中。进入80年代,流域水沙量大幅度减少,水量由基准期(1957～1969年)的年均3.23亿m^3减少到1.91亿m^3,沙量由基准期的3681万t减少到963万t,分别减少了40.9％和73.8％。用水文法和水保法对流域80年代水利水保措施减沙量进行计算的结果表明,降雨和人类活动对减沙的影响大体各占50％。

硫化物风化产酸对流域岩石风化和碳循环的影响——以黄河支流三川河流域为例

硫化物风化产酸可加速岩溶作用但抑制大气二氧化碳参与流域碳循环,其复杂的地球化学机制和过程待阐明.本文以黄河二级支流三川河流域为例,通过采集20个三川河及其支流地表水点样和30个柳林泉地下水点样,经实验测试获得了流域比较系统的水化学资料和δ^13C、δ^34S数据,运用碳、硫同位素分析与水化学平衡计量方法,量化了流域硫化物风化产酸对岩石风化作用的贡献以及对碳循环的影响.计算结果表明:煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降所形成的硫酸明显促进了流域碳酸盐岩的溶蚀,对碳酸盐岩溶蚀的贡献约占64.59%;柳林泉水石膏溶解来源的SO2-4占69%,河水中石膏溶解来源的SO2-4占30%,但这些部分SO2-4没有参与溶蚀作用,应当扣除;三川河流域平均岩石风化速率为10.02 mm/ka,其中碳酸盐岩、 硅酸盐岩的风化速率分别为9.14 mm/ka和0.88 mm/ka,低于国内外很多流域;由于硫酸抵消了碳酸盐岩石风化作用对大气二氧化碳的吸收,流域岩石风化消耗大气/土壤CO2通量为116.58 mmol/(km^2·a),不足珠江流域的1/5,且硅酸盐岩风化的贡献占63.3%.