發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 03:29

  本文關(guān)鍵詞：快速城市化背景下滇池流域不透水表面格局演變及其與水土流失的相關(guān)性分析

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【摘要】：不透水表面(ISA)增加產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境變化已經(jīng)成為當(dāng)前流域生態(tài)環(huán)境研究的重要問題之一。隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展,流域內(nèi)不透水地表的面積大幅增加,導(dǎo)致地表徑流增長及水土流失加劇。水、土資源的流失不僅產(chǎn)生大量的泥沙淤塞江河湖泊,加劇洪水災(zāi)害和內(nèi)澇;而且,水土流失加劇會(huì)增加對(duì)地表污染物的攜帶能力,導(dǎo)致污染物直接以徑流的方式進(jìn)入河湖,加劇河湖污染,進(jìn)而改變流域的地表水環(huán)境,削弱區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力。滇池是我國重要的高原淡水湖泊,不僅具有獨(dú)特的地理區(qū)位與生態(tài)服務(wù)功能,而且也是昆明市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生產(chǎn)生活的重要支撐性資源。近15年以來,城市化的快速發(fā)展使得滇池流域生態(tài)環(huán)境問題凸顯。為此論文選擇滇池流域?yàn)檠芯繀^(qū),基于“格局—過程—效應(yīng)”理論,在探索不透水表面格局演變規(guī)律的基礎(chǔ)上,構(gòu)建徑流模型、土壤侵蝕模型模擬近15年來滇池流域徑流量、徑流深及土壤流失量的變化,制作變化圖譜。然后,將ISA格局指數(shù)與水土流失進(jìn)行相關(guān)性分析,探索不透水表面的格局演變與水土流失的相互作用機(jī)理,揭示不透水表面變化下的水土流失演變過程與響應(yīng)模式。最后,通過建立不同ISA覆蓋度場(chǎng)景,進(jìn)一步探索ISA與水土流失相互作用關(guān)系。本文的主要研究內(nèi)容及成果包括以下幾個(gè)方面:(1)流域ISA格局時(shí)空演變規(guī)律。在借鑒景觀格局指數(shù)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,從ISA的形態(tài)、大小、數(shù)量、密度等方面建立了包含斑塊面積、斑塊所占面積比例、斑塊數(shù)、平均斑塊面積、總邊緣長度、邊緣密度、平均形態(tài)指數(shù)7個(gè)ISA空間格局指數(shù)。通過對(duì)這7個(gè)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),流域在1999年~2014年間ISA增長快速,斑塊面積、斑塊所占面積比例、斑塊數(shù)、總邊緣長度均呈幾何級(jí)增長,ISA的破碎度增大,斑塊邊緣變得越來越規(guī)則。與此同時(shí),通過利用多距離空間聚類分析方法發(fā)現(xiàn)ISA在空間上一直保持相對(duì)聚集的分布模式,這與昆明市城市建設(shè)發(fā)展的模式相吻合。(2)流域地表徑流量和土壤侵蝕量模擬計(jì)算。將GIS技術(shù)與SCS-CN徑流模型集成,得到流域徑流深時(shí)空演變系列圖譜,通過分析徑流深的變化發(fā)現(xiàn),其值的大小與降雨量關(guān)系密切,枯水年值偏低,豐水年值偏高,近15年的均值為326mm;空間上,總體上呈北高南低分布狀態(tài);在徑流深基礎(chǔ)上,計(jì)算獲得流域主要入湖河流徑流量,計(jì)算發(fā)現(xiàn)主要入湖河流徑流量多年平均值為3.53億立方米,其中以盤龍江徑流量最大。模擬結(jié)果與《云南省水資源公報(bào)》發(fā)布結(jié)果驗(yàn)證精度達(dá)到85%,說明模型能夠滿足實(shí)際需要。同時(shí),將GIS技術(shù)與USLE土壤侵蝕模型集成,得到流域土壤侵蝕強(qiáng)度時(shí)空演變系列圖譜,結(jié)果顯示:流域土壤侵蝕總體較弱,近15年侵蝕面積在18%~28%之間變化,并隨時(shí)間發(fā)展侵蝕面積在逐漸減小;空間分布上,侵蝕主要發(fā)生在盆地四周的山區(qū),總體上流域北端的嵩明縣部分侵蝕相對(duì)較集中,其余均為散點(diǎn)狀分布。模擬結(jié)果與云南省水利廳所開展的《云南省2004年土壤侵蝕現(xiàn)狀遙感調(diào)查工作》項(xiàng)目實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證,誤差在12%以內(nèi),精度符合要求。(3)ISA格局演變與地表徑流相關(guān)性分析。在徑流深、徑流量計(jì)算的基礎(chǔ)上,采用相關(guān)性分析法和曲線擬合法分析徑流與ISA格局指數(shù)之間相關(guān)關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn):ISA覆蓋度、平均斑塊面積、斑塊邊緣密度與徑流之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系,其余斑塊數(shù)、斑塊總邊緣長度、斑塊平均形態(tài)指數(shù)等指標(biāo)與徑流之間均不相關(guān),其中ISA覆蓋度、平均斑塊面積與徑流之間為正相關(guān),斑塊邊緣密度與徑流之間為負(fù)相關(guān),這說明ISA的數(shù)量與空間分布形態(tài)對(duì)徑流有著非常顯著的影響,ISA的面積越大、相互之間距離越近則產(chǎn)流越大,反之則越小。徑流深與ISA占比、降雨量,徑流量與ISA面積之間進(jìn)行曲線擬合后結(jié)果顯示滿足直線方程關(guān)系,且擬合的R2均在0.85之上,進(jìn)一步證明它們之間具有非常高的相關(guān)度。(4)ISA格局演變與土壤侵蝕量相關(guān)關(guān)系。選取侵蝕面積、平均侵蝕量與ISA格局指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示:ISA覆蓋度增大時(shí),侵蝕面積、侵蝕量均在減小;ISA斑塊數(shù)和總邊緣長度增加時(shí)輕度侵蝕面積在減少而中度侵蝕面積在增加,平均侵蝕量值增大;其余指標(biāo)均沒有明顯相關(guān)關(guān)系。(5)ISA覆蓋度與地表徑流、土壤侵蝕量情景模擬分析。通過建立不同ISA覆蓋度場(chǎng)景模擬徑流與土壤侵蝕發(fā)現(xiàn):ISA覆蓋度與徑流量、徑流深之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系,即當(dāng)ISA增加時(shí),徑流量、徑流深值增大;相反ISA覆蓋度與土壤侵蝕面積、平均侵蝕量之間為反比關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S157;X171.1

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