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基于SWAT模型的黑河中游蓝绿水安全的时空变化分析

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生态学报 2024年

作者：韩子言蒙吉军邹易北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室

蓝水和绿水是淡水资源循环的两个组成部分，反映了人类活动和生态系统可利用水资源，用来评估区域水资源的安全状况，优化区域水资源管理。然而，目前对于同时揭示蓝绿水资源安全之间潜在联系的空间规律的研究还较为缺乏。地处西北内陆... 详细信息

蓝水和绿水是淡水资源循环的两个组成部分，反映了人类活动和生态系统可利用水资源，用来评估区域水资源的安全状况，优化区域水资源管理。然而，目前对于同时揭示蓝绿水资源安全之间潜在联系的空间规律的研究还较为缺乏。地处西北内陆干旱区的黑河中游的生态环境保护和社会经济发展之间的用水矛盾日益加剧，导致水资源供需关系渐趋紧张，影响区域可持续发展。以黑河中游为研究区，采取多源地理数据，基于SWAT模型分析了黑河中游2000—2020年期间子流域尺度上蓝水和绿水资源的可用性，进而结合用水需求，定量评估了蓝水资源和绿水资源安全的时空变化。结果表明：（1）率定期和验证期R2与NSE均>0.7，说明观测径流与模拟径流之间一致性较好，构建的SWAT模型在蓝绿水安全研究中较为可靠。（2）黑河中游的年平均绿水资源量是蓝水资源量的4倍，是该地区的主要水资源。从空间分布来看，蓝绿水资源的空间分布具有较大的差异性，蓝水资源大多分布于南部林草地和干流两侧的农田灌区，而绿水从南部向北部呈现递减趋势（2）由于水资源供给和需求的空间不匹配，蓝水资源的安全性较低，不安全地区位于中部农田集中区，而绿水资源安全性较高且整体较为稳定，空间差异不大。研究结果可为区域水资源持续管理提供参考。

关键词：蓝水绿水水安全 SWAT模型黑河中游

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黑河中游正义峡径流变化趋势及归因分析

干旱区研究 2023年第9期40卷 1414-1424页

作者：胡广录陶虎焦娇白元儒陈海志麻进兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070

以黑河中游正义峡水文站的实测径流量数据为基础,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法、Pettitt检验法和累积距平法分析了正义峡水文站1970―2020年径流序列的变化趋势和突变年份,并利用基于Budyko假设的水热耦合平衡... 详细信息

以黑河中游正义峡水文站的实测径流量数据为基础,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法、Pettitt检验法和累积距平法分析了正义峡水文站1970―2020年径流序列的变化趋势和突变年份,并利用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,对正义峡径流量变化趋势进行了归因分析。结果表明:(1)研究期内正义峡径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2004年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了3.08×10^(8)m^(3),增加率为32.7%。(2)突变后的2005―2020年,正义峡径流量对降水、潜在蒸发和下垫面参数的弹性系数分别为1.40、-0.40、-1.57,且各因子对径流的贡献率分别为42.73%、-12.52%、69.79%,表明径流量对下垫面变化最为敏感,气候因子中降水对径流的影响大于潜在蒸发。(3)在一定的区域气候条件下,植被覆盖、土地利用、流域调水等人类活动引起的中游下垫面变化是正义峡径流量变化的主要原因。研究结果可为流域管理部门制定水资源合理分配及调用方案提供科学依据。

关键词：径流变化归因分析水热耦合平衡方程气候变化人类活动黑河中游

基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

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农业机械学报 2022年第9期53卷 178-188页

作者：蒋小芳段翰晨廖杰宋翔薛娴中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区盐渍化研究站兰州730000

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临... 详细信息

混合元胞自动机(Mixed-cell cellular automata,MCCA)模型改进了传统的元胞自动机(Cellular automata,CA)模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区(甘州区、临泽县和高台县)的适用性;之后分别采用多目标线性规划(Multiple-objective programming,MOP)模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展(Sustainable development,SUD)情景、基本发展(Basic development,BAD)情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明:各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数(Mixed-cell figure of merit,mcFoM)和平均相对熵(Relative entropy,RE)分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟(Patch-generating land use simulation model,PLUS)模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。

关键词：黑河中游土地利用变化情景模拟混合元胞自动机模型多目标线性规划模型

黑河中游生态用地景观连接性动态变化及距离阈值

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应用生态学报 2016年第6期27卷 1715-1726页

作者：蒙吉军王晓东尤南山朱利凯北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 USASILVIS Laboratory Department of Forest and Wildlife EcologyUniversity of Wisconsin-Madison

景观连接度描述了景观组分在景观格局、过程和功能上的有机联系.本文利用1986、2000和2011年土地覆被数据,基于图论方法,研究了黑河中游生态用地（林地、草地、湿地）景观连接性动态变化,并通过分析不同阈值下景观连接度值的变化揭示了... 详细信息

景观连接度描述了景观组分在景观格局、过程和功能上的有机联系.本文利用1986、2000和2011年土地覆被数据,基于图论方法,研究了黑河中游生态用地（林地、草地、湿地）景观连接性动态变化,并通过分析不同阈值下景观连接度值的变化揭示了研究区景观的适宜阈值.结果表明：黑河中游1986—2011年对景观连接度产生重要作用的生态斑块面积呈减少趋势.湿地斑块面积2000—2011年减少幅度较大;草地斑块数量先减少后增加,面积变化不大,但是有斑块破碎化的趋势.不同阈值下景观连接度值的变化验证了距离阈值的正向作用.400-800 m是研究黑河中游物种扩散和生态流运行的适宜距离阈值.选择600 m作为距离阈值时,大型斑块对区域总体景观连接水平影响最为显著,是区域生态系统稳定和健康的关键组成;小型生态斑块虽然占生态斑块总面积的比例不大,但对区域的生态安全格局的维持和改善有较大影响,亦需加强保护与管理.研究结果对干旱区生态系统管理具有重要的借鉴意义.

关键词：生态用地景观连接度距离阈值生态安全黑河中游

干旱内陆河流湿地景观破碎化对湿地损失的影响——以黑河中游为例

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甘肃农业大学学报 2022年第1期57卷 145-153页

作者：贾志斌赵锐锋韦江伟西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 甘肃省土地利用与综合整治工程研究中心甘肃兰州730070

【目的】阐明不同时期黑河中游地区河流湿地景观破碎化状况及变化趋势,探究景观破碎化与湿地损失之间的关系。【方法】基于1975年、1992年和2001年的TM与2016年的ETM遥感影像数据,利用景观格局指数分析方法,分析黑河中游湿地景观的时空... 详细信息

【目的】阐明不同时期黑河中游地区河流湿地景观破碎化状况及变化趋势,探究景观破碎化与湿地损失之间的关系。【方法】基于1975年、1992年和2001年的TM与2016年的ETM遥感影像数据,利用景观格局指数分析方法,分析黑河中游湿地景观的时空变化,运用相关分析揭示湿地景观破碎化与湿地损失之间的相关程度。【结果】1975~2016年期间黑河中游湿地景观只占总面积的2.5%~3.0%,湿地面积净损失6213 hm^(2),湿地的景观格局朝着破碎化程度更高的方向发展,破碎化过程直接导致湿地面积的减少从而造成湿地损失。【结论】湿地破碎后的景观格局会降低下一个时期湿地发生损失的机率,探索湿地景观破碎化与湿地损失间的关系能够为湿地保护工作提供有效的建议,更好的防止和降低湿地损失。

关键词：景观破碎化湿地损失景观格局指数湿地保护黑河中游

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黑河中游耕地多功能性时空变化及权衡

应用基础与工程科学学报 2021年第4期29卷 823-835页

作者：蒙吉军郭力仁朱丽君程浩然朱利凯张维佳北京大学城市与环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 临沂大学资源环境学院山东临沂276000 甘肃省张掖市生态环境局甘州分局甘肃张掖734000

耕地具有粮食生产、生态维持、社会保障、景观游憩等多种功能,是保障人类粮食安全与社会经济发展的重要土地利用方式.本文以黑河中游为研究区,融合基础地理信息数据、社会经济统计数据、遥感数据和兴趣点(POI)数据等多源数据,构建耕地... 详细信息

耕地具有粮食生产、生态维持、社会保障、景观游憩等多种功能,是保障人类粮食安全与社会经济发展的重要土地利用方式.本文以黑河中游为研究区,融合基础地理信息数据、社会经济统计数据、遥感数据和兴趣点(POI)数据等多源数据,构建耕地多功能性评价指标体系,揭示耕地功能权衡与协同关系的时空分布格局与变化特征,并通过聚类分析划分耕地功能类型区,对耕地保护与管理提出建议.结果表明:(1)黑河中游的耕地多功能性存在明显空间异质性,耕地功能高值区主要分布在中部走廊平原,低值区则以南部祁连山向走廊平原过渡带为主;(2)黑河中游大部分耕地的生产功能、生态功能和生活功能三者之间有显著的协同关系,并表现出集聚性特征,而表现出此消彼长的权衡关系的耕地面积比例较小;(3)根据耕地主导功能划分出中部平原优势生产区、祁连山生态保障区、南部沿山劣势区和北部荒漠劣势区4个功能区,进而提出耕地保护与利用的对策建议.

关键词：耕地多功能性权衡与协同双变量空间自相关功能区划黑河中游

基于模糊综合评判模型的黑河中游水资源承载力评价

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水电能源科学 2023年第2期41卷 27-30页

作者：焦娇胡广录李嘉楠麻进陈海志兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省水土保持科学研究所甘肃兰州730020

评价黑河中游水资源承载力对促进该区域水资源的高效利用并推动经济可持续发展具有重要意义。为此,选取10个主要评价指标,并采用模糊综合评判模型定量分析了黑河中游2000~2020年水资源承载力动态变化状况。结果表明,黑河中游水资源承载... 详细信息

评价黑河中游水资源承载力对促进该区域水资源的高效利用并推动经济可持续发展具有重要意义。为此,选取10个主要评价指标,并采用模糊综合评判模型定量分析了黑河中游2000~2020年水资源承载力动态变化状况。结果表明,黑河中游水资源承载力综合评分值在0.3~0.5之间,其中最高值出现在2020年,达到0.471,整体水资源承载力处于中级阶段,即可承载状态。黑河中游应调整用水结构,加强发展节水型经济和生态环境保护,以提高水资源的合理高效利用。

关键词：黑河中游水资源承载力模糊综合评判模型熵权法

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黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

生态学报 2013年第14期33卷 4436-4449页

作者：赵锐锋姜朋辉赵海莉樊洁平西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070

在遥感和GIS技术支持下,基于1975—2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观... 详细信息

在遥感和GIS技术支持下,基于1975—2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子。结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大。整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面。自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水。但在1975—2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因。

关键词：黑河中游湿地景观破碎化过程景观指数驱动力

黑河中游湿地不同恢复方式对土壤和植被的影响——以张掖国家湿地公园为例

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生态学报 2019年第9期39卷 3333-3343页

作者：周远刚赵锐锋赵海莉张丽华赵敏邹建荣西北师范大学地理与环境科学学院兰州730070 甘肃省土地利用与综合整治工程研究中心兰州730070 张掖国家湿地公园管委会张掖734000

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之一,对维护生态系统功能和区域生态安全有着重要意义。为阐明不同湿地恢复方式对土壤和植被的影响,以黑河中游地区张掖国家湿地公园为研究对象,比较了自然恢复方... 详细信息

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之一,对维护生态系统功能和区域生态安全有着重要意义。为阐明不同湿地恢复方式对土壤和植被的影响,以黑河中游地区张掖国家湿地公园为研究对象,比较了自然恢复方式、恢复利用方式和恢复保护方式下植物多样性、植物生长状态、土壤pH、盐分、容重、水分含量、有机碳、全氮、全磷、速效氮、速效磷的变化特征,研究结果表明:在自然恢复方式下,湿地各层土壤全磷、土壤速效磷、土壤速效氮、物种多样性值最高,反映出自然恢复方式可能成为干旱区土壤磷固存的有效手段,适当干扰可能成为干旱区提高物种多样性的有效方法;恢复保护方式下,湿地植物多度最高165.67±25,表明恢复保护方式有助于植被的生长繁殖;恢复利用方式下,湿地各层土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮、植被盖度值最高,土壤盐分含量、土壤pH值最低,湿地物种多样性较高。表明恢复利用方式可以有效降低湿地土壤盐分,提高土壤碳、氮含量的潜力,适当人为管理可能成为干旱区湿地恢复过程中提高湿地物种多样性的有效管理方法。该研究结果对于干旱区湿地恢复、保护与重建的效应评估和恢复方式的选择提供一定的理论支持和决策参考。

关键词：湿地恢复方式土壤植被黑河中游