建三江地区土地利用变化对湿地水文变化的影响

摘要

建三江地区作为我国重要的商品粮基地，从土地利用变化及其水文效应视角，审视区域土地利用模式与湿地水文关系，讨论水资源的过度开发导致水生态环境退化问题。本文的区域与流域尺度，以建三江地区和流径洪河湿地国家自然保护区的浓江流域为研究对象，通过GIS与遥感分类方法研究土地利用的时空变化规律，阐明土地利用变化的驱动力，分析典型沼泽流域景观格局和径流与气象特征，探讨流域土地利用变化的水文效应，构建适用模拟寒区沼泽流域水文过程的分布式水文模型，研究不同土地利用变化情景对流域径流的影响，为湿地保护和沼泽流域生态系统恢复提供科学依据。主要结论有： (1)采用改进的遥感影像分类方法，对建三江地区30年来遥感影像进行分类，分类精度88.31%，Kappa系数为0.82，优化特征参数的随机森林分类方法可用于湿地土地利用信息提取。分析 30 年来建三江地区土地利用动态变化过程，通过土地利用动态分析方法得出，建三江地区土地利用空间格局的变化明显，耕地面积增加 7.3%，湿地面积锐减为9.2%，林地面积减少为4.8%。研究区域土地利用变化与水文气象特征，分析表明研究区域的土地利用结构变化对该地区的降雨、径流以及地下水水位均产生了一定影响。 (2)通过灰色关联分析方法，选出12个影响土地利用变化的指标，基于驱动力分析模型，分析了4种土地利用模式（耕地、沼泽湿地、林地、居民地）变化驱动因子的影响因素。结果表明，影响各类土地利用模式发生变化的主要驱动因子为经济因素和人口因素。研究区域是以农业为主要生产的地区，追求经济效益提高的主要途径是：粮食总产量的提高、土地利用模式中有效灌溉面积的扩增以及水资源开采利用量加大，这些因素都会导致该地区土地利用模式发生变化。同时工业、第三产业的发展，人口的增长，也必定对自然环境以及土地利用情况有着不同程度的影响。 (3) 分析浓江流域1981-2015年水文气象数据，流域径流、降水、蒸发、气温等要素均发生改变，其中径流变化明显。径流年内分布不均，夏汛流量大于春汛，不同时间段月径流峰值不同，1981-1989年间径流洪峰在5月和10月，1990-2015年间，径流洪峰在5月和9月。流域降水和蒸发减少，气温升高，但趋势不明显，蒸发和气温变化不是引起径流变化的主要原因。 (4)分析浓江流域景观变化对径流变化的影响。浓江流域耕地面积快速增大，面积比例增大到 62%，湿地面积迅速减小，面积比例缩至 37%。从斑块尺度和景观尺度对浓江流域景观格局指数特征进行分析，流域耕地景观面积逐年增加，沼泽和草甸的面积逐年减小。沼泽和草甸斑块数和斑块密度大，破碎程度高，面积缩小且越加分散。 (5) 选择景观多样性指数、景观聚集度指数、景观优势度指数（和景观破碎度指数为主要指标，分析与浓江流域径流深度、径流变率、最大径流系数和最小径流系数的相关性，建立流域景观格局与径流动态关系。可以看出，景观优势度与径流深度、径流变率呈正相关，景观破碎度与最小径流系数呈负相关性，景观多样性与各指标呈正相关关系，景观聚集度与各指标呈负相关关系。 (6)针对浓江地势地貌特征，率定SWAT模型，得到不同的参数组合。水文变化对径流曲线系数、土壤含水量、蒸发系数、河道水力传导系数及湿地模块参数、地下水参数、径流滞后时间参数等较敏感。根据模拟效果评价指标，年和月径流NS值和R2值均大于0.64,相对误差绝对值均小于9,证 明SWAT模型在浓江流域的适用性。 (7)通过设定不同的模拟情景，分析湿地转化为耕地和林地转化为耕地对流 域径流和蒸发的影响。湿地减少38%时，年均径流量减少36.73%,蒸发增加3.39%;湿地全部开垦为耕地时，年均径流量减少49.18%,蒸发增加16.78%。分析林地转化为耕地对水文要素的影响，林地减少90.81%,年均径流增加83.48%,蒸发减少0.04%。

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