沂河流域中上游地区土地利用/覆被变化水文效应的分析与模拟

摘要

土地利用与土地覆被共同构成了土地资源社会和自然的双重属性。人类活动引起的土地利用/覆被变化(LUCC)是造成地表各种地理过程变化以及区域环境演变的主要影响因素。随着水资源短缺与水环境污染已经成为世界上很多国家和地区经济发展的制约性因素,LUCC对水文效应的影响研究开始受到关注。径流不仅代表着流域的生态环境现状,而且还能从侧面反映出 LUCC对水资源的影响。20世纪80年代以来,我国北方地区许多河流下游径流量快速减少,严重影响到地区水资源安全和经济社会的可持续发展。而河川径流量的变化除与气候变化有关外,还受土地利用/覆被变化和流域水资源开发利用等人类活动的影响。因此,开展土地利用变化的水文效应研究可以为流域综合管理、水污染防治、预防灾害、水土资源的有效合理利用等提供理论依据和指导。
　　本文选择沂河流域中上游地区为研究区域,基于1985年、1995年、2005年和2010年4期的土地利用/覆被数据和1961-2010年50年气候、水文资料运用 SWAT模型分析沂河流域地区的土地类型变化引起的水文效应,并研究了不同地类对流域水土的影响,主要结论如下:
　　(1)该流域的土地利用类型以耕地为主,比例在55％以上;其次是草地和林地,这三种土地利用类型的面积总和所占比例一直在85%以上。从各个地类的变化情况来看,耕地整体呈现缓慢减少趋势,建设用地呈现逐渐增加趋势,其他用地所占的比例变化不大。1985年以来沂河流域土地利用/覆被变化的主要特征是耕地向建设用地的转换。1985-1995年期间有0.89%的土地发生了利用方式的变化;1995-2005年期间有1%的土地发生了利用方式的变化;2005-2010年有1.04%的流域面积发生了利用方式的转换。三个时段中转换面积最大的均是耕地向建设用地的转换,其他各个用地类型之间的转换面积所占比例均较小。
　　(2)使用CA-Markov模型对沂河流域2005年的模拟值与实际值相差不大,模型应用流域效果较好;利用CA-Markov模型预测的2015年的土地利用/覆被情景结果表明,2015年沂河流域依然是耕地所占比例最大,草地和林地所占面积次之,未利用地所占比例最小。2010-2015年间草地、水域、建设用地以及未利用地面积均有所增加。
　　(3)流域年径流量的变化在年内主要分布在汛期,而且年际变化较大。气候方面,流域的径流量变化受降水量影响较大,R2为0.654,降水径流相关系数为0.809,在0.01的水平上显著相关。降水是沂河流域径流补给的重要来源。流域的年平均气温与年径流量二者呈负相关,相关系数只有-0.182,相关性并不显著。人类活动方面,流域径流变化主要与水土保持、水利工程建设、工农业及生活用水量变化、土地利用/覆被变化四个方面有关。
　　(4)SWAT应用于沂河流域,模拟效果较好。应用率定好的SWAT模型,设定相同的气候条件在不同的情景下,根据不同的土地利用状况对流域的年径流量进行模拟,结果表明,1961-2010年期间,流域土地利用方式的变化对于径流的影响十分显著,在发生变化的土地利用类型中变化最大的是耕地向建设用地的转化。因此流域年径流大致呈减小趋势,这与流域内经济快速发展,城市化进程不断加快,城乡生活用水量大大增加是分不开的。

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1 引言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究综述

1.3 研究方法与技术路线

1.4 数据来源

2 研究区概况

2.1 研究流域范围

2.2 研究流域自然地理概况

2.3 研究流域社会经济概况

3 流域土地利用/覆被动态变化分析与预测

3.1 流域土地利用/覆被变化总体特征

3.2 流域土地利用/覆被变化的转移矩阵分析

3.3 流域土地利用变化预测

4 流域水文特征变化及其影响因子分析

4.1 流域径流特征及变化趋势分析

4.2 流域气候变化对径流的影响

4.3 流域人类活动对径流影响的初步分析

5 基于SWAT模型的流域LUCC水文效应分析

5.1 SWAT模型原理

5.2 流域SWAT模型的建立

5.3 SWAT模型的参数率定与结果分析

5.4 LUCC 水文效应定量分析

6 结论及讨论

6.1 主要结论

6.2 问题及讨论

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目及发表的论文情况

致谢