淮河上游土地利用变化对流域蒸散发能力影响研究.doc
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1、60 文章编号 : 1007-2284( 2018) 01-0060-06 中国农村水利水电 2018 年第 1 期 淮 河 上 游 土 地 利 用 变 化 对 流 域 蒸 散 发 能 力 影 响 研 究 周正模 1, 2 ,杜付然 3 ,江海涛 4 ,李琼芳 1, 2 ( 1河海大学水文水资源学院,江苏 南京 210098; 2河海大学国际河流研究所,江苏 南京 210098; 3河南省许昌水文水资源勘测局,河南 许昌 461000; 4河南省水文水资源局 河南 郑州, 450000) 摘 要: 土地利用变化对蒸散发的影响是水文等相关领 域研究的热点问题 。 选取淮河上游息县流域作为研 究对
2、象 , 1995 2000 , , 基于 年和 年土地利用资料分析土地利用变化 应用分布式双源蒸散发模型计算 基于网格的 蒸散发能 力 分 析 土地利用变 化对不同典型年不同时间尺度蒸散发 能力的影响 。 结果表明: 从 1995 年到 2000 年, 30%流域 面积的土地 利 用发生了变化,其中水田转变为旱地占比最大; 发生蒸散发能力变化的大部分网格的季尺度蒸散发能力在不 同典型年均 呈现不同程度的减小 且夏季最为显著, ; 发生蒸散发能力变化的大部分网格的年尺度蒸散发能力在不同典型年 也均呈现 不同程度的减小 且减小幅度依枯水年, 、 平水年 丰水年递减 、 。 研究成果可为变 化环境下
3、水循环演变研究提供支 撑 对 水, 土 地资源的 开发利用也具有参考价值 。 关键词: 土地利用变化; 淮河上游; 流域蒸散发能力; 双源蒸散发模型 中图分类号: TV11; P333 文献标识码: A esearch on the Impact of Land Use Change on Potential Evapotranspiration in the Upper Huaihe Basin ZHOU Zheng-mo , DU Fu-ran , JIANG Hai-tao , LI Qiong-fang 1, 2 ( 1 College of Hydrology and Water e
4、sources, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu Province, China; 2 Institute of International ivers esearch Academy, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu Province, China; 3 Xuchang Hydrology and Water esources Survey Burcau, Xuchang 461000, Henan Province, China; 4 Hydrology and Water esourc
5、es Bureau of Henan Province, Zhengzhou 450000, Henan Province, China) Abstract: The influence of land use change on the evapotranspiration is a hot issue in the hydrology and other related areas The paper selects Xixian Basin in the upper reaches of Huaihe river as the study area, and analyzes the l
6、and use change on the basis of data of land use in 1995 and 2000 Then, it analyzes the effects of land use change on potential evapotranspiration in different typical years and different time scales based on the calculated values of evapotranspiration in each grid with the application of dual-source
7、 potential evapotranspiration distributed model The results show that: from 1995 to 2000, the land use in 30% of the watershed area has changed, and the largest proportion of all is the transition from paddy field to dry land; the seasonal potential evapotranspiration in great mass of areas in which
8、 potential evapotranspiration has reduced to different degrees in different typical years, especially in summer; the annual potential evapotranspiration in great mass of areas in which potential evapotranspiration has reduced to different degrees in different typical years, and the dry year is the m
9、ost significant The research results can provide support for the study of water cycle evolution in the changing environment, and also have reference value for the development and utilization of water and land resources Key words: land use change; upper Huaihe Basin; potential evapotranspiration; mod
10、el of dual-source potential evapotranspiration : ( 1994-) , , , 。 作者简介 周正模 男 硕士研究生 研究方向为水文预 报 收稿日期: 2017-06-21 基金项目: 国家自然科学基金( 41171220) ; 长江 学者和创新团 队发 展计划资助( I T13062) 。 E-mail: 1204068232 qq com。 通讯作者: 李琼芳( 1966-) ,女,教授,博士生导师,研究方向为水 文 预报和生态 水文。 E-mail: qfli hhu edu cn。 1, 2 3 4 淮河上游土地利用变化对流域蒸散发能力影
11、响研究 周正模 杜付然 江海涛 2 61 0 引 言 域面积 10 190 km 。 流域水系及气象站分布见图 1。 该区域 地 随着人口的急剧增长和社会经济的快速 发展,我国土地 利 用模式发生了显著变 化。由土 地利用 变化 引起的 水文 效应已 成为水文等相关领域研究的热点问题 ,其中,土地利用变 化 对流域蒸散发能力的影响 是研 究变化 环境 下水循 环演 变的重 要方面。近 年来,国内 一些 学者对 相关 问题做 了大 量研究 : 张 井勇等 研究发 现土地利用变化会直接改变地表热通 量,从 而 影响到地表气温变化 蔡 琳等; 利用卫 星遥 感数据 源,以四 川 南广河流域为研究对象
12、,验 证了双 源蒸 散发 模型的 可行 性,得 到不同土地利用类型的蒸散发能力排序; 赵建 刚 利用横排 头 流域土地利用专题地图和流域资料 通过, GIS 与 Matlab 相结 合 的手段,得到不 同土地 利用的傅 抱璞公 式 v 的排 序; 欧阳钦 从 等 基于 SWAT 模型模拟了晋 江流域 不同 土地 利 用条 件下的 水文过程,研究表明土地利用变化的水 文过程效应 与年内降水 分布具有密切关系,降水 量越 小,蒸散发 效应 越显著 。上述 学 者大多从年尺度研究了土地利用与蒸散发能 力的关系 ,没有 深 入研究土地利用变化对不同典型年( 丰水年、平水年和枯水年) 的不同时间尺度蒸散
13、发能力空间分布的影 响。因此,论文选 取 土地利用变化显著的淮河上游息县流域为研 究区域,研究不 同 典型年的不同时间尺度蒸 散发 能力的 空间 分布随 土地 利用变 化的规律。研究成 果 可 为 变 化 环 境下 水 循 环 演 变 研 究 提供 支撑。 1 研究方法 论文选取淮河上游息县水文控制站以上 流域为研究 区,选 用美国国家地球物理中心分辨率为 1 km1 km 全球 DEM 的 基 础高程资料 运用 地理信 息软 件, ArcGIS 水文 模块 构建 研究 区 的数字水系 并将其离散成空间分辨率为, 1 km1 km 的网格 单 元。基于中 国科 学 院提 供的 研 究区 分辨
14、率 为 1 km 1 km 的 1995 年和 2000 年土地利用遥感 资料,运用 ArcGIS 软件空间 分 析得到每个计算网格单元上的土地利用信息 ,并通 过分析比 较 揭示研究区从 1995 年到 2000 年 的土 地利 用变 化规 律。基 于 1990 2009 年 的降 雨 资 料,通 过水 文 频率 分 析选 取 2000 年、 2008 年和 2001 年分别代表丰水年、平水年、枯水年 的三个典 型 年; 基于流域内外附近 8 个气象站的 3 个典型年的 日气象资 料 ( 风速、净辐射、日均气温、日照时数 、相对湿度等) ,利用距离平 方倒数 法对进行高程修正后的日气象资料进
15、 行空间插 值,获 得 1km1km 网格的日气象资料,应用分 布式双 源蒸散 发模型 , 计算得到研究区不同典型 年在 两种土 地利 用模式 下日 尺度的 各网格的蒸散发能力,进而计算得到季 尺度和年尺 度的各网格 的蒸散发能力。对比分析 不同 典型年 土地 利用变 化对 不同时 间尺度蒸散发能力空间分布的影响 揭 示土地利用 变化对流 域, 蒸散发能力空间分布的影响。 2 土地利用变化分析 2 1 研究区域概况 论文选取淮河上游息 县水 文控制 站以 上流域 作 为 研究区 域,流域范围: 东经 11315 11446,北纬 3131 32 43,流 处我国半干旱气候与湿润气候过渡带,多年
16、平均气 温在 15 左 右,降雨和蒸发时空分布不均匀,多年平均降水量 1 020 mm,多 年平均水面蒸发量 850 mm。 近几十 年由 于人 类活 动强 烈,流 域土 地利用发生显著 变化。 研究区 仅有 南湾、石山 口、息县 三 个蒸发站,蒸发站数量 过少 且分布 不均 匀,基于三 站的 实测 蒸 散发不能很好地反映流域 土地 利用变 化对 蒸散发 能力 空间分 布的影响。 图 1 息县水文站以上流域分布及附近气象站分布图 Fig 1 Distribution of Xixian iver Basin and weather stations nearby 2 2 土地利用变化分析 基于
17、 1995 年和 2000 年土地利用 遥感图,应用 GIS 软件 处 理分析得到息县流域两期原始土地利用空间 分布图后 ,做如 下 处理 林地分为有林地: 、灌木林和疏林地,农业耕作 用地分为 水 田和旱地,高覆盖度草 地、中覆 盖度草 地和 低覆盖 度草 地合并 统称为草地,河渠、水库坑塘和滩地合并统称 为水体,最终得 到 的两期 土地利用空间分布见图 2 和图 3。土地利用变化空间 分 布见图 4,各土地利用类型所占面积比及变化情况见表 1。 图 2 息县流域 1995 年土地利用分布图 Fig 2 Distribution of land use in Xixian iver Basi
18、n( 1995) 1, 2 3 4 5 6 6 62 淮河上游土地利用变化对流域蒸散发能力影响 研究 周正模 杜付然 江海涛 图 4 息县流域从 1995 年到 2000 年土地利用变化空间分布图 Fig 4 Distribution of land use change in Xixian iver Basin from 1995 to 2000 2 1 , 1995 综 合图 、 和表 , 分析 研究区 年主要土地利用类 型为 99% , 水田旱地和林地 共占 总流域面 积的 以 上 其 中林地以 有 图 3 息县流域 2000 年土地利用分布图 林地为主,约占总林地面积的 64%。旱地
19、主要分布在流域北部, 林地主要分布在流域南部,水田主要分布在流域东部和西部。不 难发现 研究区, 1995 年 3 种主要土地利用方式占比均衡,占比最 Fig 3 Distribution of land use in Xixian iver Basin( 2000) 大的林地和占比最小的旱地相差约流域面积的 11%。 表 1 息县流域 1995 年和 2000 年土地利用及变化情况 % 时期 1995 年 2000 年 变化情况 水田 34 04 19 44 14 59 Tab 1 Statistics of land use and it s change from 1995 to 200
20、0 in Xixian iver Basin 各土地利用类型占流域面积百分比 旱地 有林地 灌木林 疏林地 草地 27 10 24 49 6 73 7 04 0 03 45 23 22 63 6 56 4 87 0 22 18 13 1 86 0 18 2 17 0 19 水体 0 39 0 55 0 15 城镇用地 0 18 0 50 0 32 综合图 3 和表 1 分析,研究 区 2000 年主 要土 地利 用类 型 依然为水田、旱地和林 地,接近总 流域 面积的 90%,其中,林地 仍以有林地为主 约占总林地面积的, 66%。旱地主 要分布在 流 域西部 北部以及中部 和东 部的部 分区
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