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基于SWAT模型的三峡库区大流域不同土地利用情景对非点源污染的影响研究

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农业环境科学学报 2012年第4期31卷 798-806页

作者：陈媛郭秀锐程水源王征秦翠红王海燕北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源... 详细信息

非点源污染对三峡库区流域的水环境污染起到主导作用。本文将SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型应用于库区大尺度流域的污染模拟研究中,以2005年土地利用现状为基准设定了6种土地利用情景,定量分析了不同土地利用措施对非点源污染的控制效果。首先采用三峡库区流域2002—2008年的水文、水质实测数据对建立的SWAT模型进行率定与验证,径流、泥沙、营养盐的评价指标ENS均达到令人满意的效果,表明SWAT模型应用于三峡库区流域是可行的。不同土地利用情景的非点源影响模拟结果表明,通过退耕还林措施将25°、15°、6°以上的耕地转化为林地可达到较好的非点源污染消减效果,考虑库区地处贫困山区,25°以上耕地退耕还林更为经济、可行;相同区域的草地转化为林地所产生的非点源污染要远远小于转化为耕地而产生的污染物,因此应严格控制自然植被退化为耕地的现象发生,否则会严重加剧库区污染状况;库区扩大林地范围的方案要有计划性、针对性,可在减少坡耕地的基础上进行,该措施能最大限度地减少库区非点源污染。本研究所得结论为政府科学合理的制定三峡库区流域非点源污染控制方案提供了重要科技支撑。

关键词： SWAT 三峡库区非点源土地利用情景

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不同土地利用情景下农村景观生态格局优化

中国农业资源与区划 2016年第2期37卷 11-21页

作者：熊繁邵景安重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室重庆400047

景观格局优化是实现有限土地资源优化利用的有效途径。文章以重庆市江津区龙华镇为样区,设置4种不同土地利用情景,通过8个景观格局指数与生态阻力对各情景设置进行分析,在此基础上采用最小累积阻力模型,构建不同景观组分别对4种不同土... 详细信息

景观格局优化是实现有限土地资源优化利用的有效途径。文章以重庆市江津区龙华镇为样区,设置4种不同土地利用情景,通过8个景观格局指数与生态阻力对各情景设置进行分析,在此基础上采用最小累积阻力模型,构建不同景观组分别对4种不同土地利用情景(基准情景、生态情景、发展情景、综合情景)的景观格局进行优化,遴选最佳优化路径。结果表明:样区耕地景观占比最大,这有助于促进景观生态功能的开发与利用;样区较高程度的景观破碎化与较差的景观连通性对景观生态功能的开发与利用产生较大的阻碍作用;比较4种土地利用情景,综合情景的生态源面积大于其它3种情景,且生态源的分布情况也较其它3种情景均匀;在构建生态廊道体系时,综合情景下的物质、能量及物种的流通性也较其它3种情景强;而且,综合情景下的生态节点跟其它3种情景相比,无论是在功能数量上还是在空间分布上,均具有更强的合理性。

关键词：土地利用情景农村景观格局最小累计阻力模型景观格局优化

北京市西北部生态涵养区未来土地利用及生态系统服务变化情景模拟

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西北林学院学报 2021年第1期36卷 86-95页

作者：陈新云王甜李宝健国家林业和草原局调查规划设计院北京100714 常州工学院计算机信息工程学院江苏常州213032 中国石油天然气股份有限公司管道分公司河北廊坊065000

以北京市西北部生态涵养区为研究区,探讨未来的土地利用变化对生态系统固碳和产水量服务的影响。利用FLUS模型耦合马尔可夫链(Markov chain)预测了2030年自然演变、生态控制和城市快速发展情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型估算了2... 详细信息

以北京市西北部生态涵养区为研究区,探讨未来的土地利用变化对生态系统固碳和产水量服务的影响。利用FLUS模型耦合马尔可夫链(Markov chain)预测了2030年自然演变、生态控制和城市快速发展情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型估算了2015和2030年3种土地利用情景下的固碳和产水量服务,最后评价了土地利用变化对生态系统服务的影响特征。结果表明,在城市快速发展情景下,建设用地面积的增长幅度最大(+39.57%),而林地在生态控制情景下预计增加152.38 km^2(+3.10%)。生态控制情景具有最大的碳储量和产水量(99.53×10^6Mg和361.50×10^7m^3),其中林地是重要的供给区域。城市快速发展情景下灌木林地单位面积变化对碳储量的影响强度最大,自然演变情景下未利用地单位面积变化对产水量的影响强度最大。本研究结果可以为决策者制定区域生态保护的土地利用政策提供参考。

关键词：生态涵养区生态系统服务土地利用情景 FLUS模型 InVEST模型

基于SWAT模型的淮河上游土地利用变化情景的水文响应

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南水北调与水利科技 2016年第5期14卷 32-40页

作者：董晓华方燕琴李英海喻丹苏欢李璐姚着喜三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 水资源安全保障湖北省协同创新中心武汉430070

淮河流域不合理的土地利用是导致水土流失的重要因素之一,探究土地利用变化下的水文响应规律是开展水土保持工作的重要前提。以淮河王家坝水文站以上流域为研究区域构建SWAT模型,并验证模型的适用性;对研究区耕地进行适宜性评价,结合200... 详细信息

淮河流域不合理的土地利用是导致水土流失的重要因素之一,探究土地利用变化下的水文响应规律是开展水土保持工作的重要前提。以淮河王家坝水文站以上流域为研究区域构建SWAT模型,并验证模型的适用性;对研究区耕地进行适宜性评价,结合2000年土地利用现状构造最佳土地利用情景;利用验证好的SWAT模型分析最佳土地利用情景、生态保护情景、土地利用现状情景的水文响应。结果表明,相比2000年土地利用,生态保护情景水文响应变幅较小,而最佳土地利用情景下41.29%的耕地转化为林地,年、月均地表径流和年、月均泥沙量减小,年、月均地下径流增加,年、月均蒸发量变化不大。说明最佳土地利用状态有助于提高研究区域涵养水源、保持水土的能力。

关键词：淮河流域土地利用情景 SWAT模型适宜性评价水文响应

基于SWAT模型的黄前水库上游产流产沙模拟研究

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基于SWAT模型的黄前水库上游产流产沙模拟研究

作者：赵磊山东农业大学

学位级别：硕士

水是生命的源泉,在自然生态与人类活动中占有重要地位,同时也是影响国家经济社会发展的重要战略资源,近年来,随着我国经济的发展和人民生活水平的日益提高,对水资源的需求量越来越多,尤其是在水资源较为匮乏的北方土石山区,水资源已成... 详细信息

水是生命的源泉,在自然生态与人类活动中占有重要地位,同时也是影响国家经济社会发展的重要战略资源,近年来,随着我国经济的发展和人民生活水平的日益提高,对水资源的需求量越来越多,尤其是在水资源较为匮乏的北方土石山区,水资源已成为制约区域经济发展的重要因素。泰安市泰山区人均占有水资源量为204m,占全国人均占有量的8%,属比较严重的缺水区域。黄前水库是泰安城区主要供水源地,位于泰安市泰山景区黄前镇北,是一座以防洪和城市供水为主,兼顾农业灌溉和发电等综合利用中型水库。为更好的管理和充分利用黄前水库上游流域的水资源,实现区域水资源利用可持续,保证泰安城区供水稳定,利用水文模型通过数学方法对流域径流和泥沙进行模拟和描述,了解其时空上的变化规律,具有实际意义。本文基于SWAT模型(Soil and Water Assessment Tool)对黄前水库上游流域产流产沙情况进行了模拟研究,分析了该模型在黄前水库上游流域的适应性,同时定量分析了不同土地利用情景下径流和泥沙变化情况,研究结果可为黄前水库及上游流域水资源的合理开发利用及土地利用优化决策提供科学依据。其主要研究结论如下:(1)本研究基于SWAT-CUP中的Sufi-2算法,采用全局敏感性分析对16个与水文过程相关的参数进行敏感性分析,结果分析表明,黄前水库上游流域敏感性最高的参数为径流曲线数(CN2)、土壤饱和导水率(SOL＿K)、土壤蒸发补偿系数(ESCO)、平均坡度(SLSUBBSN)、基流消退系数(ALPHA＿BF)。(2)参数校准后的SWAT模型在黄前水库上游流域具有良好的适应性。本研究在SWAT模型率定阶段采用单出口率定,对石汶河、石屋志河、红河、麻塔河四条水系分开率定和验证,并对模拟结果进行适用性评价,各水系在模型率定期和验证期的决定系数(R)均大于0.7,纳什效率系数(NSE)均大于0.5,相对误差(Re)均小于25%。(3)从径流的时空分布来看,黄前水库上游流域产流主要集中在6-8月,空间上主要分布在石汶河和麻塔河中下游的主河道。从泥沙的时空分布来看,流域产沙主要集中在6-8月,泥沙高输出区域主要分布于石汶河和麻塔河的中上游以及石屋志河中下游区域;从不同土地利用类型产沙特征来看,黄前水库上游流域单位面积产沙量表现为园地>耕地>林地>农村居民点>城镇用地;从不同坡度等级产沙特征来看,随着坡度等级升高,单位面积产沙量随之增加。(4)本研究采用情景分析法,设置4种不同土地利用情景对黄前水库上游流域的产流、产沙进行模拟。研究结果表明,与耕地和园地比较,林地对地表径流和泥沙都有很强的削减作用,且林地对流域产流产沙的抑制作用在汛期表现得更加明显;耕地对流域产流产沙具有积极作用,且其积极作用主要表现在汛期。情景1保持其他土地利用类型不变,将区域内15°以上耕地转化为林地时,黄前水库上游流域产流产沙分别减少了0.33%、7.19%;情景2将区域内25°以上的园地全部变为林地时,流域产流产沙分别减少了16.89%、29.48%;情景3将区域内耕地和园地转化为林地时,流域产流产沙分别减少了17.55%、40.19%;情景4将区域内林地和园地转化为耕地时,流域产流增加16.23%,产沙量增加了80.09%。

关键词：产流产沙模拟土地利用情景 SWAT模型黄前水库上游流域

土地利用/覆被变化下洱海流域生态系统服务权衡与协同关系研究

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土地利用/覆被变化下洱海流域生态系统服务权衡与协同关系研究

作者：覃黄茜大理大学

学位级别：硕士

土地利用/覆被变化是影响生态系统服务的重要驱动因子,土地利用方式与强度的转变往往对生态系统服务供给能力以及服务之间的平衡产生重要的影响。评估生态系统服务的时空格局变化规律,分析土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响,量化... 详细信息

土地利用/覆被变化是影响生态系统服务的重要驱动因子,土地利用方式与强度的转变往往对生态系统服务供给能力以及服务之间的平衡产生重要的影响。评估生态系统服务的时空格局变化规律,分析土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响,量化各服务之间的权衡与协同关系,是当前生态学研究热点,是生态可持续发展的根本需求。结合土地利用情景分析未来土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响及其各项生态系统服务的权衡与协同关系,对维护区域生态安全和改善生态系统服务具有重要意义。本研究以洱海流域为研究对象,基于PLUS模型设置自然增长情景、生态保护情景、经济增长情景模拟2030年土地利用/覆被类型图。采用土地利用变化率与转移矩阵方法,分析研究区1990/2000/2010/2020年与2030年不同情景土地利用/覆被变化特征。结合In VEST模型、ROS模型评估研究区现状与未来不同情景碳储存、农作物产量、游憩潜力、生境质量、土壤保持、水源涵养、氮输出7项生态系统服务的时空特征,利用GIS软件统计分析1990-2030年土地利用/覆被变化对各生态系统服务的影响。SPSS软件以及双变量局部莫兰指数识别各项生态系统服务之间的权衡与协同关系,研究结果表明:（1）1990-2020年期间,洱海流域土地利用/覆被类型格局发生一定的转变,林地为洱海流域的主要地类,占总类型的43%以上,但林地面积增长速率逐年下降。建设用地面积占比不足1%,但其扩张速率最快。草地面积持续下降,耕地面积呈现先下降后上升的趋势。草地主要转换为林地、耕地和灌丛,转换面积分别为154.03 km、60.22 km、12.24 km。耕地主要转换为草地、林地和建设用地,转换面积分别为126.21 km、78.45 km、11.64 km。自然增长情景遵循1990-2020年土地利用/覆被变化规律,生态保护情景下林地、灌丛、草地得到有效保护,经济增长情景下耕地与建设用地持续扩张。（2）生态系统服务中碳储存、生境质量、土壤保持、水源涵养空间格局相似,都呈现四周高,中部低的变化特征,游憩潜力呈现中西部高,中部耕地区域低的空间特征,农作物产量与氮输出呈现中部高,四周低的空间特征。生态保护情景中碳储存（81.3 t/ha）、游憩潜力（1.431）、生境质量（0.793）、土壤保持（765.62 t/ha）供给能力均提高;而水源涵养（61.23 mm）则在自然增长情景中供给能力达到最大;经济增长情景中农作物产量（89304.11 t）、氮输出（1.98 t/ha）供给能力提高,其余的生态系统服务发展均受到限制。林地、灌丛、草地面积的增加对碳储存、游憩潜力、生境质量、土壤保持、水源涵养具有积极影响,耕地面积的增加对农作物产量与氮输出具有积极的影响。（3）1990-2020年以及2030年不同情景中洱海流域农作物产量-氮输出呈现协同关系,两者与其余的生态系统服务均呈现显著的权衡关系。农作物产量除氮输出外与其余的生态系统服务均在洱海流域四周林地区域呈现权衡关系,在中部耕地区域也与多数生态系统服务呈现权衡关系。多数生态系统服务在四周林地区域呈现出协同关系,表明林地是保障生态系统服务供给能力的重要土地利用/覆被类型。

关键词：土地利用/覆被变化土地利用情景生态系统服务权衡与协同洱海流域

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元胞邻域对空间直观模拟结果的影响

地理研究 2011年第6期30卷 1055-1065页

作者：冯永玖韩震上海海洋大学海洋科学学院上海201306

作为一种空间直观模拟模型,地理元胞自动机（Geo-CA）能够模拟及预测城市扩展与土地利用情景。地理CA模拟中,元胞邻域及其空间构型会对转换规则的挖掘与空间直观模拟结果的可靠性产生显著影响,从模拟进度和精度、景观格局及运行效率等... 详细信息

作为一种空间直观模拟模型,地理元胞自动机（Geo-CA）能够模拟及预测城市扩展与土地利用情景。地理CA模拟中,元胞邻域及其空间构型会对转换规则的挖掘与空间直观模拟结果的可靠性产生显著影响,从模拟进度和精度、景观格局及运行效率等角度可以定量分析这种影响。以logistic回归CA模型为例,基于Von Neumann型和Moore 3/4/5型邻域,模拟了上海市宝山区1992~2008年土地利用变化过程,结果显示不同邻域产生的模拟结果在数量和空间形态方面呈现显著差异。分析表明：随模拟时间推进每次模拟新增的城市元胞呈衰减态势,且模拟精度也呈衰减态势,其中Moore 5×5邻域的模拟精度较高、模拟效果较好。在土地利用形态方面,各邻域产生的结果特点各异,总体看来Moore 3/5两种邻域产生的结果与实际分类较接近。对于模拟效率而言,元胞邻域范围越大则效率越低、稳定性也降低。研究表明,在土地利用空间直观模拟中,选择Moore3/5两种邻域类型比较适合。

关键词：空间直观模拟元胞自动机元胞邻域景观分析土地利用情景

海岸带土地利用模拟结果对元胞邻域的响应研究

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水土保持研究 2010年第4期17卷 78-81,86页

作者：冯永玖韩震上海海洋大学海洋科学学院上海201306

通过元胞自动机(Cellular Automata,CA)动态模拟能够重建和预测复杂系统的全局结构及其演变。海岸带土地利用变化模拟是CA应用研究的重要领域之一。元胞邻域及其组合作为CA的必要组成部分,对海岸带模拟结果有显著影响。以半径为1,2和3的... 详细信息

通过元胞自动机(Cellular Automata,CA)动态模拟能够重建和预测复杂系统的全局结构及其演变。海岸带土地利用变化模拟是CA应用研究的重要领域之一。元胞邻域及其组合作为CA的必要组成部分,对海岸带模拟结果有显著影响。以半径为1,2和3的Moore邻域为例,测试并分析了模拟结果对元胞邻域的响应。研究表明:这种影响表现在3个方面:分别是元胞数量、空间形态和不确定性。小范围邻域组合模拟结果形态真实、不确定性较低,但是模拟变化容易过早终止;大范围邻域组合模拟结果形态真实性较差、不确定性较高,但是模拟结果能够保持延续。针对具体的模拟案例,元胞邻域的选择需要结合影响系统演变的全局因素而确定。模拟结果的响应特征不仅适合海岸带土地利用模拟,也适合其他类型的空间系统演变模拟。

关键词：土地利用情景海岸带元胞自动机邻域响应模拟结果

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基于SWAT模型的潮河流域径流模拟

基于SWAT模型的潮河流域径流模拟

作者：李胜坤华中师范大学

学位级别：硕士

在全球气候变暖、人口不断增加、人类对水资源的需求量不断增大的现实背景下,中国华北地区水资源的供需矛盾越来越尖锐。密云水库是首都北京最重要的地表饮用水源供应地,从上世纪80年代开始,政府在密云水库上游地区(包括潮河流域)陆续... 详细信息

在全球气候变暖、人口不断增加、人类对水资源的需求量不断增大的现实背景下,中国华北地区水资源的供需矛盾越来越尖锐。密云水库是首都北京最重要的地表饮用水源供应地,从上世纪80年代开始,政府在密云水库上游地区(包括潮河流域)陆续实施了“三北”防护林建设工程、密云水库上游水土保持项目、京津风沙源区防沙治沙工程等,流域土地覆被发生改变,下垫面产流环境亦随之改变。另外,1999年以来,潮河流域遭受了持续性的干旱气候,径流量显著减少。仅占密云水库流域控制面积约30%的潮河流域,贡献了密云水库入库总水量的近60%,成为密云水库的重要集水区。本研究基于SWAT2009模型,使用HWSD土壤数据库、2000和2010年两期土地利用数据、1956～2013年逐日气象数据和2006～2011年逐月径流量数据,分析了60年来潮河流域气候变化和近10年来土地利用变化规律,构建了适用于潮河流域径流模拟的数据库,研究特定土地覆被变化(草地、林地、耕地覆盖率极端增大)和气候变化情景对潮河流域径流的影响,旨在为潮河流域水资源的开发提供研究基础,并为海河其他子流域的水资源管理提供借鉴。结论有：(1)林地是潮河流域近10年来的主导土地利用类型,占潮河流域总面积的41%以上,草地、耕地紧随其后,三者占研究区总面积的98%以上。从分布上看,林地分布最为广泛,耕地多沿河流呈现条带状延伸分布的特征,建设用地和未利用地的分布则略显零散。(2)潮河流域降水主要集中于6月～9月,这4个月的降水量约占全年降水总量的80%以上;4月～10月的平均气温在0。C以上,7月份平均气温最高(22.8℃),1月份最低(-12.2℃);近60年来,潮河流域的年平均降水量呈现递减趋势,每年递减约-1.74mm,年平均气温呈现递增趋势,每年递增约0.028℃。(3)基于流域数字高程模型(DEM)数据,提取到潮河流域29个子流域、194个水文响应单元。利用SWAT软件自带LH-OAT参数敏感性算法,结合逐月径流量实测值,得到敏感性排序前三的径流参数是：Alphaf(基流α系数)、Esco(土壤蒸发补偿系数)、CN2(湿润条件下的初始SCS径流曲线数)。引入纳什效率系数Ens和Perason相关系数R2两个指标评价SWAT模型逐月径流模拟效果,校准期(2006～2009年),大阁站的Ens、R2分别是0.68、0.81,下会站的Ens、R2分别是0.74、0.84;验证期(2010～2011年),大阁站的Ens、R2分别是0.75、0.82,下会站的Ens、R2分别是0.80、0.79,结合学者给出的模拟评判标准,SWAT模型在潮河流域具有良好的适用性。(4)设置了两种气候变化情景和三种极端土地利用情景,研究发现,在降水量保持不变,气温升高1.5℃时,6月～9月径流量减少的最为明显;在气温保持不变,降水量增加10%的气候变化情境下,潮河流域径流量的增加值明显高于气温变化导致的径流量变化值;随着林地、耕地覆盖率的极端增加,潮河流域年径流量、径流深均呈现减少的趋势;随着草地覆盖率的极端增加,流域年径流量、径流深均呈现增加的趋势。

关键词：潮河流域径流模拟 SWAT 土地利用情景