刘卉芳[1]2004年在《晋西黄土区森林植被对嵌套流域径流泥沙影响研究》文中研究表明国内外有关森林植被对流域水沙过程的影响尚未得出统一的研究结论，已成为学术界长期争论的焦点问题之一。森林的空间异质性决定了森林水沙作用功能在不同的自然地理区域和不同的空间尺度上具有不同的特点和规律，本研究以北京林业大学试验基地晋西黄土区蔡家川嵌套小流域为研究对象，以单株—林分—集水区—小流域构成的尺度嵌套流域树冠截留、流域径流及泥沙运动过程为切入点，分析研究了树冠最大截留、黄土坡面土地利用／覆盖对产流产沙的影响、流域泥沙来源分析、森林植被覆盖率对流域产流产沙的研究、流域尺度对洪水过程的影响等内容。该研究为晋西黄土区正在实施的退耕还林还草工程、天然林保护工程和防护林体系建设工程提供理论依据。 通过实验分析表明，各种土地利用类型年平均土壤侵蚀量为：裸露地174.76t／km~2，荒草地为68.31 t／km~2，虎榛子林为2.13 t／km~2，沙棘林为4.37 t／km~2，油松林为18.74 t／km~2，刺槐林为20.58t／km~2，油松+刺槐混交林为7.36 t／km~2。各种类型的土地利用侵蚀产沙量由大到小的顺序：坡耕地＞裸地＞草地＞刺槐＞油松＞刺槐+油松＞虎榛子。侵蚀泥沙主要来源于沟谷坡地(沟头、沟道和沟坡)，沟谷地侵蚀模数是沟间地的1.28～2.48倍。 在黄土高原小流域中，有林地比无林地的雨季径流深和径流系数小。森林植被覆盖度较高的流域雨季径流深和径流系数低于森林植被覆盖率较小的流域，试验数据表明：全农流域的雨季径流深大约是有林流域的5-20倍。森林植被对流域枯水季节的河川径流具有一定的补枯作用，且随着森林覆盖率的增加增枯作用明显。如在蔡家川嵌套流域多林流域的枯水流量约是少林流域枯水流量的9.2倍。森林植被具有巨大的减沙作用，当降雨量为60.4mm时，无林流域的输沙模数是有林流域的31.4倍，森林植被的减沙效益达到了96.81％。森林在不同雨洪作用下，减沙作用是不同的，一般在降雨量较小，洪水径流量较小时，森林的拦减效益较大；而在降雨洪水径流量较大，洪峰流量较大时，森林的减沙效益较小。 在黄土高原尺度较大的流域产生峰值流量的时间滞后于尺度较小的流域，在羽状流域条件下，前者洪水过程线比较对称，且洪水过程线多为多峰曲线。后者洪前洪后退水过程线不相似，退水过程漫长，并且表现出一定的偏态，且洪水过程线多为单峰曲线。此外，尺度较大的流域受复杂地形地貌的影响，产流模式相对复杂，既有超渗产流形式又有蓄满产流形式。而尺度较小的流域产流模式相对单一。流域形状、流速是决定洪水过程的主要因素，通过流速公式计算各嵌套流域的洪水过程线在到达蔡家川主沟道流域后的迭加洪水过程线，将它作为模拟洪水过程线。试验数据表明：实际洪水过程线与模拟洪水过程线吻合较好。 本论文创新点是以单株—林分—集水区—小流域构成的尺度嵌套流域截留、径流及泥沙运动过程观测及分析研究为切入点，依据森林植被的生态结构功能、影响水文过程的原理，运用MAI，LAB软件对流域地形地貌进行了相似性分类，易U除了地形地貌对流域径流的影响，分析研究了森林植被对流域径流的影响，并且探讨了时空尺度对流域径流的影响。
武思宏[2]2007年在《晋西黄土区嵌套流域生态水文过程模拟研究》文中指出黄土区水土流失严重，随着大规模的水土保持生态建设，研究该区嵌套流域LUCC的生态水文过程和协同变化规律，对于黄土区土地利用规划和管理及生态环境建设工程具有重要理论参考意义。本文以晋西黄土丘陵沟壑区蔡家川嵌套流域为研究对象，利用GIS技术和分形理论，计算了研究流域的地形地貌形态特征分形信息维数。选取流域分形维数值、流域面积、形状系数等7个重要地形特征指标，应用SPSS软件的系统聚类分析功能，以相似地形地貌特征流域的基础上，分析了流域土地利用格局变化对流域径流产沙的影响。基于研究流域的土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料，应用SWAT水文模型对嵌套流域的生态水文过程进行了模拟。本文首次在黄土区采用SWAT2005版最新提供的LH-OAT灵敏度分析模块和SCE-UA自动校准模块，快速准确的率定了模型所需重要参数，使模型在黄土区径流产沙的模拟具有较好的适用性。依据研究流域的径流产沙模拟结果，深入分析了嵌套流域的径流、输沙特征及水沙运移时空协同变化规律，同时探析了具有相似地形地貌特征的流域土地利用／森林植被变化和不同降水水平年对生态水文过程的影响，并建立了不同降水水平和不同森林植被覆盖的模拟情景，进行了流域水文动态响应预测分析。得到以下结论：农地对黄土区的径流产沙相对贡献率最大，荒草地次之：蔡家川流域降水因子对泥沙的影响要大于对径流的影响；森林植被具有明显的减水减沙的生态水文功能，森林和灌木林面积的增加，可增强抵抗降雨侵蚀的能力并更好的调节径流，植被因子对产沙的影响要远大于对径流的影响。
黄明[3]2013年在《晋西黄土区降雨要素和不同植被覆盖条件对流域输沙的影响》文中认为黄土高原地区是我国水土流失最为严重的地区之一,持续的水土流失不仅引发严重生态环境问题,同时破坏农业生产,限制着该地区的经济发展。如何有效控制水土流失的发生,改善流域的生境成了学者们研究的热点问题。因此,研究不同因素和植被空间配置模式对黄土区小流域土壤侵蚀的影响,对于该地区水土流失防治研究具有极其重要的意义。本文以黄土高原地区典型流域——山西吉县蔡家川流域为研究对象,利用蔡家川及其嵌套流域多年的气候、降雨-径流-泥沙观测资料,以聚类分析、对比分析等方法开展降雨要素和植被覆盖条件变化对流域输沙量的影响研究,并利用GeoWEPP模型基于流域内人均生活需求和坡度分级方法开展研究流域植被最优化空间配置模式的探讨研究。降雨量和降雨强度对流域降雨输沙的影响表现出一定差异性。研究结果表明,在降雨强度相近的条件下,流域的径流最大瞬时含沙量和输沙模数随着降雨量的增大而增大,但并不成一定比例；在降雨量相似的条件下,随着降雨强度的增大,流域的径流最大瞬时含沙量和输沙模数均成倍增大,可以认为黄土高原地区小流域的输沙模数主要取决于降雨强度,即在黄土高原地区,短历时的暴雨更容易产生严重的水土流失。通过对不同植被覆盖条件下地形地貌相近流域的对比分析发现,在同一场降雨的前提下,封禁小流域的水二中保持效果最好,人工林小流域次之,农地小流域的水土流失最严重；半人工林半次生林小流域的水土保持效果比半农半牧小流域好,即多林流域(半人工林半次生林小流域)的水土流失防治效果比少林流域(半农半牧小流域)好。研究表明,在黄土区,在封禁条件下形成的以自然恢复植被为主的小流域的对短J历时局地雷暴雨的水土流失防治效果最好。因此,如何在水土流失严重的黄土区仿拟自然进行植被恢复,是有效控制水土流失的关键。利用流域内观测站2007-2012年气象数据,进行CLIGEN候发生器的适用性研究。研究结果表明,无论是多年平均降雨量、月平均降雨量,还是月平均最高气温Tmax,和月平均最低气温Tmin, CLIGEN气候发生器模拟的流域气候数据与实测值的拟合效果均能通过检验,即CLIGEN气候发生器适用于本研究区。运用GeoWEPP模型对蔡家川流域进行了降雨径流输沙适用性分析研究,结果表明,校准期流域年径流量和和7-8月份输沙量的相对误差均值分别为-18.43%、-16.74%,Nash系数分别为0.62和0.59；验证期流域的年径流量和7-8月份输沙量的相对误差均值分别为-13.96%、-14.85%,Nash系数分别为0.53和0.79。这说明了模型能够存蔡家川流域适用。对比不同用地极端情景模拟可知,流域年均土壤侵蚀模数的模拟值由高到低顺序依次为：农地>草地>灌木林>林地,而目.农地的模拟值远远大于其他用地类型,灌木林和林地的土壤侵蚀模数最小。由此可见,乔木林和灌木林的土壤侵蚀防治效果明显好于农地、草地,能够有效防止土壤侵蚀的发生。此外,基于流域内人均生活需求和坡度分级方法构建蔡家川流域的不同植被空间配置情景(27种)进入模型,通过模型运算研究流域保持水土、兼顾经济的植被最优化空间配置模式。研究结果表明,当以情景27配置流域内的植被空间分布时,流域年均土壤侵蚀模数仅为1912.79ton/km2,仅为轻度：土壤侵蚀,说明在此植被配置模式下能够有效防治小流域土壤侵蚀的发生,可以作为流域植被最优化空间配置的参考选择。
王舒[4]2016年在《晋西黄土区不同尺度土壤水分分布及其对降雨的响应》文中提出干旱缺水和水土流失是黄土区植被建设的重要限制因素,对其土壤水分分布进行研究,可为该区水土流失防治、生态环境建设以及水资源的可持续利用提供指导和依据。本文选择蔡家川流域不同土地利用方式样地、不同林龄人工刺槐林和不同植被类型流域为研究对象,采用定位观测土壤水分的方法,通过土壤水分差异性及变化规律的分析,探究不同样地内土壤水分的分布情况以及不同流域内降雨对土壤水分和径流影响关系,得出以下主要结论：(1)监测时期内不同土地利用方式土壤总体含水量荒草地(15.5%)>农地(15.02%)>油松林地(10.22%)>刺槐林地(8.53%)(P<0.05)。垂直方向上,荒草地和农地都表现出上干下湿,而刺槐林地和油松林地均呈现出较强的水分亏缺状态,刺槐林地主要利用20-200cm土层的土壤水分,而油松则主要利用20-140cm土层的土壤水分。刺槐和油松两种林地能够更好的调节土壤水分在林内的空间分布,径流的坡面汇集作用在荒草地和农地中表现更为明显。各因素对样地内土壤水分含量影响程度大小的顺序为土地利用>剖面深度>坡面位置。(2)监测时期内不同林龄刺槐林地与荒草地土壤平均含水量大小顺序为荒草地(16.61%)>20a刺槐林地(10.08%)>15a刺槐林地(9.54%)>10a刺槐林地(8.52%)(P<0.05)。成熟刺槐林对坡面土壤水分空间分布的调节作用明显,10a刺槐林处于生长的旺盛期,水分利用土层较深,15a以上刺槐林对100cm以下土壤水分的影响已基本稳定。人工刺槐林的生长造成了严重的林地土壤水分亏空,随着林龄的增长0-200cm土层土壤水分条件有所改善,但深层土壤(200-400cm)没有明显的恢复迹象。(3)在降水量较低的年份,不同流域在雨季前后土壤平均含水量的顺序为雨季初期>雨季中期>雨季末期。在距沟底相对高程20m及以上坡位点土壤水分空间分布受植被影响较大,在20m以下则由坡位主导。降雨会引起土壤含水量在不同流域内的不同变化,但其土壤水分空间分布格局变化较小。(4)自然植被恢复的方式可减少地表径流,表现出良好的涵养水源的功能。提高森林覆盖率可减少地表蒸散的消耗,减小流域径流系数。流域内的土壤含水量越高,其汇流和产流能力越强,土壤水分与基流量表现出较紧密的相关关系,流域的径流特征也与流域内土壤容重等物理性质有一定关系。
孙中峰[5]2007年在《晋西黄土区径流异质性及水文过程模拟研究》文中研究说明黄土高原的水沙问题一直是我国水土保持科学界研究的中心议题，本论文结合国家“973”项目“森林植被调控区域农业水土资源与环境的尺度辨析与转换”(2002CB111503)”和山西省吉县国家生态定位站为依托，以晋西黄土高原的嵌套流域为典型研究区，凭借多年的观测资料，采用空间分析、小波分析、灰色理论、主成分分析、聚类分析等多种数学工具，从降雨入手，通过对研究区林冠层、地被物层、土壤层等水分运移规律的研究，得出研究区土壤入渗发生的空间异质性、及相应的影响因素及关系，通过对径流产生的物理过程进行分析，得出降雨—入渗—径流的物理数学综合模型，计算出研究区的主要产流部位为沟坡。并通过PRMS Storm模型对当地场降雨—径流进行模拟。为黄土区流域经营与合理利用提供重要的理论依据。1、研究区内多年平均降雨量为579.5mm，生长季降雨占全年降水的90％左右，降水量年季差异较大。故10mm／h降雨强度为侵蚀性降雨的临界强度。研究区内降雨呈周期性变化趋势。2、通过对土壤水分特征曲线的标定，得出不同地类的比水容量，近自然林分的比水容量最大，其土壤水分利用范围最广。通过研究不同土壤饱和导水率，得出土壤本身的物理性质及相关的环境为影响导水率的主要因素，各地类土壤水分饱和导水率大小顺序为：混交林＞灌木林＞乔木林＞荒草地＞农地＞沟面＞路面。3、林地的土壤入渗速率为最优，道路路面均为最小，耕地的累计入渗量略大于草地，沟坡的累计入渗量与入渗速率只略高于道路路面。土壤入渗速率随土壤性质不同而变化。土壤初始含水率与土壤稳定入渗速率和平均入渗速率呈幂函数关系。地面坡度与开始产流时间呈指数关系，与稳定入渗速率呈幂函数关系；坡位对土壤入渗也会产生影响。降雨强度与开始产流时间呈指数关系，与稳定入渗速率呈幂函数关系。植被因子对产流时间和稳定入渗速率也会产生影响，灌木林地产流时间最晚，稳定入渗速率最大，以下次为乔木林地、荒草地、耕地、沟坡、路面。4、在研究区内，Philip入渗模型模拟土壤入渗效果最好。并利用简化的Philip入渗模型和土壤转换函数，对研究区内单独小流域进行土壤入渗空间异质性的模拟，得出该小流域的土壤入渗等值线图，经实测资料对照，效果较好。5、降雨强度对径流呈线性正相关，降雨量对径流没有显着的关系。坡度与径流率呈正相关。林冠截留量与降雨量呈幂函数关系，呈现出与降雨量相同的季节性分布规律，同时林冠影响降雨在林内分布的不均匀性。枯枝落叶层的截留量与降雨量呈正相关，径流在枯枝落叶层中的运动与枯枝落叶的厚度呈幂函数递减关系。6、利用径流阻力、土壤入渗与降雨的综合分析，推导出研究区降雨—入渗—径流的综合方程，并运用方程对径流的影响因素进行分析，得出研究区内沟坡面是当地产生径流的主要部位。7、利用MMS模型对研究区嵌套流域进行模拟。通过对研究区下垫面的地形特征、水流方向及河网水系特征等将流域划分成5个水文响应单元和5条河网。这种子单元划分的方法有一定物理基础，避免了以往水文模型中根据降雨气象站网划分水文响应单元(HRU)的缺陷。PRMS_Storm用来模拟嵌套流域暴雨产流过程具有一定的精度，Nash确定性系数和相关系数分别为0.667和0.792，合格率中流量误差没有达到精度，只为66.7％，这与所选择的雨型、降雨历时或观测数据有关，在以后的实验中注意调整参数。
郑芳[6]2011年在《晋西黄土区不同土地利用下降雨—径流关系》文中研究说明该文以晋西黄土区蔡家川流域为研究对象,利用2004-2009年的降雨径流实测数据,采用多重比较和回归分析等统计方法,对人工林和天然林下流域降雨径流进行对比分析,对多林流域和少林流域的降雨径流进行比较分析,然后对蔡家川流域的降雨与径流特征及水量平衡进行分析,最后,运用SWAT分布式水文模型对不同生态恢复情景下蔡家川流域的水文响应进行模拟分析。本文研究对于了解研究区水文状况、水资源的合理利用,以及解决相关生态、经济问题具有重要意义。研究结果表明,蔡家川流域年耗水量占年降雨量的比例高达97%以上,是水循环过程中的重要支出项；流域年径流系数只有1.6%-2.66%。人工林和天然林对流域降雨径流的影响表现出明显的差异性。研究结果表明,封禁流域的年径流量、雨季径流量均小于人工林流域,封禁流域的年总径流量、雨季径流量分别是人工林流域的58.57%、48.04%,年地表径流量、雨季地表径流量分别比人工林流域减少了82.95%、81.12%；人工林流域的基流量为零；不同植被覆盖下径流对不同雨型的响应不同,人工林流域在短时局地雷暴雨(A型雨)下的单位面积洪峰流量是锋面性降雨夹有雷暴性质的暴雨(B型雨)、长历时锋面降雨(C型雨)的10.08倍、3.35倍,封禁流域在A型雨下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的6.79倍、1.64倍。对多林流域和少林流域进行的对比分析表明,半农半牧流域(少林流域)的年径流量、雨季径流量最高,分别是半人工林半次生林流域(多林流域)的2.46倍、2.59倍,次生林流域(多林流域)的2.67倍、3.14倍。次生林流域在拦截径流、削减洪峰流量方面所体现的效果都好于半人工林半次生林流域。运用SWAT水文模型模拟蔡家川流域降雨径流。模拟评价结果表明,模型校准期的Nash效率系数为0.812,相关系数为0.857；验证期的Nash效率系数为0.794,相关系数为0.826。表明SWAT模型可以适用于研究区流域。通过采用假定生态恢复情景的方法,模拟不同生态恢复情景下蔡家川流域2004-2009年时段内的降雨径流情况。模拟结果显示,蔡家川流域林地对河水径流的拦截作用比草地更显着。
张晓明[7]2007年在《黄土高原典型流域土地利用/森林植被演变的水文生态响应与尺度转换研究》文中研究指明黄土高原地区水资源短缺,生态环境脆弱,特别该区土壤侵蚀不断加剧,恶化了区域生态环境,严重制约社会、经济的发展。目前,随着大规模水土保持生态建设,研究该区流域土地利用/森林植被变化的水文生态过程和协同变化规律,对于黄土区土地利用规划和管理及生态环境建设工程具有重要理论参考意义。本文以黄土高原具有长期实验基础的多尺度耦合流域为研究对象,采用3S技术、景观生态学测度方法及成熟的水文观测方法,结合多年水文气象观测资料,分析土地利用/森林植被演变及其驱动力,探析降水时空分布的异质性;研究流域土地利用/森林植被变化的理水减沙机理,解析多尺度流域耦合的水文生态对土地利用变化的响应机制。借助WEPP模型提取研究区代表性典型流域单元并对其径流及侵蚀产沙进行模拟;基于分形理论测算典型流域单元地形地貌特征分形维数,建立流域水沙运移与地貌形态耦合关系;根据自相似原理,在考虑降雨异质性基础上建立流域泥沙输移比的尺度转换模型;结合流域地形地貌、土地利用格局、降水信息,建立了描述时空变异性、多变量的耦合水文模型,探讨流域不同时、空尺度上水沙运移的转换方法。论文主要研究结果如下:研究区次降雨面与次降雨雨强分布的均匀性较差,中心站、出口站或流域内任一点的暴雨中心发生概率<25%,次降雨的相关域为7 km,相对本研究试验流域降雨表现出空间异质性。从时空变化、土地资源数量变化、土地利用程度变化、土地利用类型转移等方面,对试验流域土地利用/森林植被格局演变进行了分析,根据提取的流域土地利用景观格局指数,分析了流域景观格局动态演变过程。流域增加植被覆盖和改善土地利用格局后,年径流和输沙减少趋势具有尺度性,随年降雨量的变化,不同面积流域的径流减少率或呈线性减小、或呈单峰凹型抛物线变化、或保持在一定水平不变;输沙量减少率均呈单峰凹型抛物线变化,谷底值及对应降雨量值随面积尺度不同而不同。流域森林植被每增加五个百分点,则输沙模数可减少20%。研究了不同类型场暴雨的降雨特征值与流域洪水径流和输沙的关系,分析了不同雨型下降水过程、洪水径流过程和输沙过程的尺度分异规律,洪峰流量与洪水含沙量随尺度的协同变化规律,以及洪峰与沙峰的时滞关系。从模拟生成的气候数据精度、坡面细沟侵蚀机理方程解析验证和坡面、小流域径流侵蚀产沙模拟的校准验证等方面,探讨了WEPP模型在黄土高原地区的适用性和推广使用时注意事项。基于WEPP模型划分了研究区代表性典型流域单元并进行了径流和侵蚀产沙模拟,结果显示流域坡面径流均占流域出口径流量的98%以上,坡面侵蚀泥沙产量在坡面沉积不足3%,坡面侵蚀产沙的输移量最大约74%沉积于沟道,而流域出口泥沙输移量均来自于坡面产沙量。基于WEPP模型提取的25个代表性典型流域单元,根据分形理论计算了其地貌特征分形维数,并构建了地貌信息维数与侵蚀产沙耦合模型。基于自相似原理,分析了研究区流域泥沙输移比分形特征,并在流域年均泥沙输移比影响因素分析的基础上,构建了泥沙输移比尺度转换模型,探讨了其适用范围为500km2以下的流域。综合降雨特性、土地利用/森林植被格局和地形地貌特征,建立不同尺度流域耦合水文模型,分析了其尺度转换的条件。
秦富仓[8]2006年在《黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究》文中进行了进一步梳理土壤侵蚀是造成环境退化的一个主要因素。长期以来，由于人类不合理地利用自然资源，导致植被生存的环境受到极大的破坏，引发了严重的土壤侵蚀。土壤侵蚀的不断加剧，破坏了土地的生产力，使土壤肥力降低，土壤蓄水能力减弱，植被生存的环境进一步恶化，如此以往使生态环境陷入恶性循环状态。黄土高原地区严重的水土流失与该区植被覆盖率低有密切的关系。 森林作为陆地上最重要的生态系统，以其林冠层、林下茂密的灌草层和林地上富集的枯枝落叶层以及发育疏松而深厚的土壤层截持和蓄储大气降水，发挥着其特有的水文生态功能，在生物地球化学循环过程中，通过与土壤、大气和水在多界面、多层次和多尺度上的物质和能量交换，改变及影响水资源分布，起到保护与涵养水源、净化水质、保持水土和抵御各种自然灾害的作用。目前我国森林植被水土保持功能评价研究多以单一指标——森林植被覆盖度为主。在流域森林植被建设中，近年来虽然在强调森林覆被率的同时，也开始注重森林植被在流域中的合理布局。但对于森林植被与侵蚀产沙关系的研究多集中于林地坡面与无林坡面的对比或有林流域与无林流域的对比，从流域森林植被格局与侵蚀产沙的关系上进行研究还较少。从物理机制上揭示流域森林植被景观格局对土壤侵蚀的作用，丰富和填补这一领域的研究空白具有十分重要的科学意义和现实意义。 本文针对黄土地区以农田为景观基质的流域生态环境特点，以甘肃省天水市的吕二沟、罗玉沟、桥子东沟、桥子西沟流域为对象，研究流域森林植被格局与侵蚀产沙的关系，进而探讨流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的影响机理，为黄土地区流域森林植被建设提供理论基础。本论文主要开展了以下几方面的研究： (1)以黄委会天水水土保持试验站的吕二沟、罗玉沟、桥子东沟、桥子西沟四个试验流域为研究对象，在收集其多年定位观测的降水、径流、泥沙资料的基础上，结合对流域的实地调查、观测和试验，基于3S技术建立流域空间数据库和属性数据库，为研究流域森林植被格局与侵蚀产沙关系奠定基础。 (2)在流域基本数据库建设的基础上，基于GIS软件Arcview3.2，利用景观分析软件FRAGSTATS，选择适于研究流域和研究目标的景观格局指标，分析流域不同时期森林植被格局变化规律，进行不同时期流域土地利用／森林植被格局变化动态分析，重点分析流域森林植被格局的动态变化规律。 (3)利用研究流域多年降水资料，分析流域降水的时空变化规律。分析黄土地区流域内雨量站点间降水量的空间相关性和变异性，采用不同降水空间插值方法，研究受小流域地形影响的降水空间分布规律。通过对比分析，确定最小曲率方法和趋势面分析法是适合黄土地区流域降水空间插值的理想方法。 (4)分析森林植被对径流过程的影响机制，利用研究流域降水、径流资料，研
陈静谊[9]2008年在《黄土高原清水河流域植被景观格局变化与水土流失的影响研究》文中提出黄土高原区境内气候干旱少雨、蒸发量大,水土流失十分严重,大量的土壤侵蚀、水土流失等生态问题严重困扰着社会经济的可持续发展,同时,由于人为和自然因素造成的土地利用景观格局变化对当地水土流失有着直接和间接的影响,研究植被景观动态变化对侵蚀变化的影响有助于发现二者影响关系,对进一步控制水土流失以及当地经济、环境和社会发展规划具参考意义。本论文采用景观生态学的理论和方法研究流域内以植被景观为主的土地利用空间格局变化,使用遥感影像处理软件(PCI)结合GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS,以清水河流域80年代到2007年TM遥感影像为基础进行数据处理,生成土地利用分类并进行流域植被景观制图;利用FRAGSTATS在流域尺度上计算了不同年份各植被景观斑块的面积、拼块大小和形状、蔓延度和散布等景观结构指标,通过参数对比分析了不同年份流域植被景观结构特征及变化趋势,同时,在地理信息系统支持下,建立清水河流域不同时段植被景观元素转移矩阵,分析了不同植被景观相互转化情况。另一方面,利用收集的流域多年水文数据,选择从1986-2005年的降雨、径流和泥沙数据,通过统计及图表方法观察其年内变化及年际动态变化规律和趋势;最后观察植被景观变化和径流泥沙变化的总体趋势,讨论二者的影响关系。分析结果表明:流域的植被景观基质始终是荒草地和灌木,1986年流域植被景观要素面积大小排序为:草地〉阔叶林〉灌木〉农田〉针叶林〉园地〉居住用地,草地、灌木和阔叶林叁类占到总面积的87%以上,1986年草地是绝对优势景观要素,占到景观总面积的41.69%,且连片性较好,灌木面积占总面积的21%,斑块数最大,占到总斑块数42%的,表明灌木分布零散、破碎,随着年度增加,流域景观变化为2000年流域植被景观要素面积大小排序为:草地〉灌木〉阔叶林〉农田〉针叶林〉园地〉居住用地,2007年流域植被景观要素面积大小排序为:灌木〉阔叶林〉草地〉针叶林〉农田〉园地〉居住用地,灌木斑块面积变成第一,面积15571公顷,占总面积的35.97%,为流域绝对优势景观;通过分析不同时段景观转移矩阵发现灌木和草地面积变化最大,且灌木的显着增加主要来源于草地,1986年草地景观占流域景观总面积的比例41.69%,2007年减少到25.41%,灌木的斑块面积所占比例持续增加,从1986年的21%增加到2007年的36%;将3期植被景观变化和相应年份径流泥沙变化统一分析讨论其影响关系,结果表明跟植被景观分别变化相对应的叁个时段对比,1986年草地分布面广,景观单调,生态系统结构简单,该年度最大月输沙量和年总输沙量都为3年度最大,说明这种景观结构无法有效控制径流,对水土保持不利,而2007年灌木占景观为主导基质,占绝对景观优势,相应的月最大输沙量和年总输沙量为3年度最小,且随着草地景观向灌木逐渐转变的过程,输沙量也呈逐年减少趋势,表明灌木这种景观基质对径流泥沙有一定控制作用,因此要减少流域土壤侵蚀,可以采取提高荒山灌木覆盖率的措施。
秦伟[10]2009年在《北洛河上游土壤侵蚀特征及其对植被重建的响应》文中研究表明土壤侵蚀是危及人类生存与发展的重要环境问题。黄土高原地区水资源短缺、生态环境脆弱,已成为我国乃至世界上水土流失最严重的地区之一。20世纪50年代以来,该区相继开展了一系列大规模的水土保持工程和林业生态工程。尤其是20世纪末开始大规模实施的退耕还林(草)工程,在控制水土流失、改善生态环境方面取得了显着成效。研究该区土壤侵蚀特征及其对植被重建的响应,能够为黄土高原林业生态建设和水土流失治理提供重要的理论依据与决策参考。本文以黄土高原腹地和林业生态工程的典型示范区北洛河上游为研究区,运用统计学分析方法、数字流域技术、水文学和景观生态学理论,结合多年水文气象观测数据、不同分辨率遥感影像及数字高程模型等基础资料,分析了流域降雨时空分布特征和土地利用/覆盖变化(LUCC):建立了基于数字高程模型和水流路径的沟缘线提取方法,据此探讨了流域地貌特征,进行了面向地貌特征的侵蚀风险评估;在研究流域径流、输沙变化趋势、特征时段及变化驱动因素的基础上,确定了植被重建对流域水沙的调控效应;基于高分辨率遥感影像,提取了坡面浅沟及其地形参数,分析了浅沟侵蚀的地形临界特征;在划分流域地貌单元、改进坡长因子算法、改造次降雨沟坡侵蚀模型的基础上,分别运用修正通用土壤流失方程(RUSLE)、沟坡侵蚀模型和泥沙输移分布模型(SEDD),评估了不同特征时段坡面与沟坡的侵蚀强度;通过集总侵蚀评估结果、模拟流域产沙,研究了不同地貌部位的侵蚀、产沙对植被重建的响应,建立了流域侵蚀空间分布模型,确定了不同环境因素在植被重建前后对侵蚀空间分异的相对贡献。主要获得如下结论:(1)北洛河上游年降雨量自西北向东南递增,但空间差异不显着。近十余年来,降雨量略有增加,干旱年份和极端降雨天气的发生机率略有减少。以1999年大规模开展植被重建为界,年均降雨量和降雨侵蚀力分别提高5.07%和8.64%,植被重建后气候背景具有增加径流、输沙的潜在条件。(2)研究区河网临界支撑面积介于0.5～1.0 km~2,不同级别的沟谷密度均大于0.91 km/km~2,沟间地和沟谷地分别占该区总面积的68.29%和31.7l%,表现出沟壑纵横、支离破碎的地貌特征。流域88.05%的区域存在中度以上的侵蚀风险,大部分地方具备发生较强土壤侵蚀的地形条件。(3)1986-2004间,流域植被覆盖率由56.74%提高为76.76%。其中,林地增加趋势最为明显,变化速率较快、变化程度较剧烈。不同土地利用类型中,林地和高覆盖度草地的重心向东南转移,农地和中、低覆盖度草地的重心向西北转移。景观格局呈现斑块数量增加、镶嵌度提高、同类斑块联通性下降,从而造成景观多样性显着增加、破碎度明显增大的变化特征。(4)1980-2004年间,流域径流、输沙变化分为3个阶段。其中,2001-2004年为植被重建的水沙调控效应期。4年共减少径流13 808.0万m~3、输沙14 250.8万t。单位面积新增林地年均理水、减少能力分别达2.67万m~3/km~2和2.75万t/km~2。(5)浅沟侵蚀主要受坡面坡度、长度、坡向和上坡长度等地形因素影响,其上限与下限临界坡度分别介于26～27°和15～20°,临界坡长介于50～80 m。(6)植被重建后,流域侵蚀强度由12 652.06 t/(km~2·a)下降为6 036.72 t/(km~2·a);产沙强度由3 896.99万t/a减少为1 795.50万t/a。其中,坡面侵蚀、产沙强度分别由5 770.46 t/(km~2·a)和1 308.81万t/a减少为1 437.93 t/(km~2·a)和322.46万t/a;沟坡侵蚀、产沙强度分别由28 093.92 t/(km~2·a)和2588.18万t/a减少为16 196.91 t/(km~2·a)和1473.04万t/a。坡面内,单位面积新增林地年均减少侵蚀11 752.10 t/(km~2·a)、产沙1.14万t/a。沟坡产沙比例由66.41%提高为82.04%,成为目前流域内最主要的侵蚀、产沙源。(7)植被重建前,地形、植被和降雨对流域侵蚀强度空间分异的相对贡献分别为17.30%、20.79%和61.91%;植被重建后,各类侵蚀影响因素的相对贡献率分别为15.73%、57.67%和26.60%。植被重建使得植被对流域侵蚀强度空间分异的相对贡献提高36.88%,从影响最小的因素转变为影响最大的因素。
参考文献：
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[3]. 晋西黄土区降雨要素和不同植被覆盖条件对流域输沙的影响[D]. 黄明. 北京林业大学. 2013
[4]. 晋西黄土区不同尺度土壤水分分布及其对降雨的响应[D]. 王舒. 北京林业大学. 2016
[5]. 晋西黄土区径流异质性及水文过程模拟研究[D]. 孙中峰. 北京林业大学. 2007
[6]. 晋西黄土区不同土地利用下降雨—径流关系[D]. 郑芳. 北京林业大学. 2011
[7]. 黄土高原典型流域土地利用/森林植被演变的水文生态响应与尺度转换研究[D]. 张晓明. 北京林业大学. 2007
[8]. 黄土地区流域森林植被格局对侵蚀产沙过程的调控研究[D]. 秦富仓. 北京林业大学. 2006
[9]. 黄土高原清水河流域植被景观格局变化与水土流失的影响研究[D]. 陈静谊. 北京林业大学. 2008
[10]. 北洛河上游土壤侵蚀特征及其对植被重建的响应[D]. 秦伟. 北京林业大学. 2009
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