区域水资源植被承载力计算系统开发及其应用

摘要

我国黄土高原地区一方面干旱缺水，另一方面又急需要尽快恢复森林植被，改善生态环境。合理恢复森林植被是实现该区林水综合管理的关键，确定区域水资源的植被承载能力是合理恢复森林植被的基础和前提。为此，本文提出了区域水资源植被承载力的定义并确定了区域水资源植被承载力的评价指标体系，应用C#语言开发了区域水资源植被承载力计算系统，并应用本系统确定了泾河上游的水资源植被承载力，本研究旨在为干旱缺水地区水资源的合理配置和林-水综合管理提供技术支持和科学指导。主要结果如下:
　　 1.泾河上游森林植被恢复对径流的影响在泾河上游恢复森林植被，会导致年径流深、枯水季径流深显著下降，但这种造林减水作用既受到植被结构特征（叶面积指数）的影响，又具有较大的空间差异。随着林分叶面积指数的增大，年径流深和枯水季径流深随森林覆盖率增加而下降的速率增加，但当叶面积指数大于2.5时，年径流深和枯水季径流深随森林覆盖率增加而下降的速率达到其最大值，这一最大值在泾河上游石质山区和黄土区之间有较大差别。按森林覆盖率增加流域面积的10％进行核算，在石质山区，最大可导致年径流深减少10.75 mm，枯水季径流深减少4.27 mm;而在黄土区，最大可能导致年径流深减少4.94 mm，枯水季径流深减少1.34 mm。
　　 2.区域水资源植被承载力的定义根据前人有关水资源承载力、土地承载力、土壤水分植被承载力的定义，将区域水资源植被承载力定义为“为维护区域（流域）生态环境和社会经济协调发展，满足区域（流域）特定产流需求时，区域土地资源可以承载的最大植被负荷”。区域水资源植被承载力可表示为区域内不同植被覆被比例、各立地条件不同植被覆被比例及其叶面积指数。
　　 3.区域水资源植被承载力计算系统的建立以分布式水文模型SWIM为基础，利用C#语言，采用了模块化的结构开发了区域水资源植被承载力计算系统。该系统由数据管理、水文模拟、径流统计与分析、承载力计算等功能模块构成，其中数据管理模块可以实现统计、显示和存储不同植被恢复情景的本信息（不同植被覆被比例）;水文模拟模块则可以实现调用SWIM模型模拟不同植被恢复情景的水文过程，实现情景模拟的批处理，提高了模拟效率;径流统计与分析模块可以区分不同降水年份，统计包括日尺度、月尺度、季尺度和年尺度的径流指标，采用图形化的方式帮助用户分析和比较不同植被恢复方案对径流的影响，直观明了。利用承载力计算模块，用户可以根据实际需求，组合不同产流指标，优选满足特定产流需求的植被恢复或管理方案，提高了本系统的适用性。
　　 4.泾河上游水资源植被承载力在定量评价森林分布和结构特征对径流影响的基础之上，考虑保障农业土地利用、立地条件限制及该区生态环境建设的需要，确定泾河上游水资源植被承载力如下:
　　 当泾河上游产流量需保持在37.8 mm（当前径流量的90％）以上时，泾河上游黄土区位于坡度0～15°的草地和沟谷地上的草地均可恢复为叶面积指数大于1.5的森林。其中，在年降水量高于550 mm的地区及沟谷等立地具有较好的水分条件，叶面积指数可大于2.5，而对于年降水量低于550 mm的立地，其叶面积指数宜小，宜维持在1.5～2之间。
　　 当泾河上游产流量需保持在33.88 mm（当前径流量的80％）以上时，泾河上游黄土区坡度小于25°、沟谷地和石质山区的沟谷川地均可恢复为森林，此时泾河上游森林覆盖率可达34.01％。其中黄土区年降水量大于550 m的阴坡立地、沟谷地、石质山区沟谷立地，叶面积指数宜大于2.5，其它立地叶面积指数宜控制在1.5～2之间。
　　 当要求泾河上游产流量需保持在29.65 mm（当前径流量的70％）以上时，泾河上游森林覆盖率可进一步增加到38.8％，较产水需求为33.88 mm时的植被恢复方案而言，石质山区的海拔2300 m以下的阴坡草地可恢复为森林，该立地叶面积指数宜在2.5以上。
　　 如果产流需求进一步降低至25.42 mm（当前径流量的60％），则可以进一步将海拔2300m以下的阳坡草地恢复为森林，但该立地的叶面积指数不宜超过2。
　　 如果仅要求产流量高于现有产流量的50％(21.3 mm)即可，根据本文的模拟结果，泾河上游适宜恢复为森林的草地均可恢复为森林植被，其森林覆盖率可达到43.31％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 水资源植被承载力

1．2．2 植被变化对径流的影响

1．2．3 植被变化对径流影响的研究方法

1．3 研究目标与主要内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线图

第二章 研究区概况

2．1 地理位置

2．2 地形地貌

2．3 气候

2．4 土壤

2．5 植被

2．6 水文情势

第三章 研究方法

3．1 数据资料收集

3．2 森林植被碳密度的计算方法

3．3 区域水资源植被承载力计算系统设计与建立

3．3．1 C#简介

3．3．2 ADO简介

3．3．3 SWIM模型

3．4 区域水资源植被承载力的确定方法

第四章 泾河上游森林植被特征

4．1 森林分布与结构特征

4．2 森林植被碳密度及其层次构成

4．3 森林植碳密度与林分特征的关系

4．3．1 碳密度随林龄的变化

4．3．2 碳密度随林分密度的变化

4．4 森林植被碳密度随生镜条件的变化

4．4．1 碳密度与年降水量的关系

4．4．2 碳密度随海拔高度的变化

4．4．3 碳密度随坡向的变化

4．5 讨论

4．5．1 六盘山森林植被碳密度与其它地区的比较

4．5．2 六盘山森林植被碳密度空间分异的主要原因

4．5．2 对六盘山地区林-水-碳综合管理的启示

第五章 区域水资源植被承载力的概念、评价指标、量化方法

5．1 区域水资源植被承载力的概念

5．2 区域水资源植被承载力评价指标

5．3 区域水资源植被承载力的量化方法

第六章 区域水资源植被承载力计算系统建立

6．1 系统总体设计

6．1．1 系统需求分析

6．1．2 总体设计

6．2 系统模块设计

6．3．1 情景浏览模块

6．3．2 情景选择模块

6．3．3 水文模拟模块

6．3．4 径流统计模块

6．3．5 径流分析模块

6．3．6 承载力计算模块

6．3 系统主要模块实现

6．3．1 系统主界面实现

6．3．2 数据管理模块实现

6．3．3 情景选择模块实现

6．3．4 水文模拟模块实现

6．3．5 径流统计模块实现

6．3．6 径流分析模块实现

6．3．7 承载力计算模块实现

第七章 泾河上游水资源植被承载力

7．1 泾河上游产流需求分析

7．2 泾河上游森林植被恢复对径流的影响

7．2．1 森林植被恢复情景的制定

7．2．2 森林植被恢复对年径流量的影响

7．2．3 森林植被恢复对枯水季径流量的影响

7．2．4 森林植被恢复对洪峰流量的影响

7．3 泾河上游水资源植被承载力

第八章 结论与展望

8．1 主要研究结论

8．1．1 泾河上游森林植被特征

8．1．2 森林植被恢复对径流的影响

8．1．3 区域水资源植被承载力的定义

8．1．4 区域水资源植被承载力计算系统

8．1．5 泾河上游水资源植被承载力

8．2 研究不足与展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢