基于InVEST模型的太行山淇河流域水土流失研究

发布时间：2020-03-26 12:20

【摘要】：山地是地球陆地表面拥有丰富的生物多样性资源的重要地貌单元,而且是储藏旅游资源、水资源和矿产资源的天然宝库,为相邻区域提供生产、生物多样性、水源涵养、土壤保持等多样化的生态系统服务。山地生态系统较为脆弱,是全球变化的发动机和信号放大器。在全球变化影响下,山地生态系统的水土要素及耦合过程将发生相应的改变,对山地植被类型和物种多样性以及社会发展的服务功能产生重要影响。伴随经济社会的快速发展,近年来生态系统中的植被覆盖面积减小、流域水源涵养能力下降,河川径流变化加剧,土壤侵蚀严重等状况使山地生态环境发生了严重变化,尤其是土壤侵蚀严重制约着山区可持续发展,山地系统过程对生态演变和流域资源环境至关重要,决定了流域整体景观格局的变化,直接影响水土平衡过程。山地环境固有的脆弱性和生态系统的不稳定性极易造成土壤侵蚀和生态退化。淇河属山区性河流,河源短而且河道上陡下缓比降较大,水流湍急。淇河流域位处太行山南部,属于山地与平原过渡地带,生物多样性丰富,生态景观异质性明显,流域正处于太行山迎风区,是豫北地区暴雨中心,汛期极易发生洪水,而且此时河流峰高量大,属于流水侵蚀严重区。因此,在全球变暖的大背景下,选择太行山典型地区(淇河流域)为研究区,基于不同土地利用类型、土壤类型、降雨数据、MODIS-NDVI以及DEM数据,结合GIS技术和InVEST模型评价该区的水土流失特征,可以为今后太行山淇河流域水土流失的防治、生态补偿和土地利用结构调整提供理论依据与决策参考。本研究的相关结论如下:(1)2000-2015年的耕地、草地和林地的面积共占流域总面积的90%以上,是淇河流域主要土地利用类型。16年间耕地面积减少,草地、建设用地和水域面积增加,而林地面积变化不大;在各土地利用类型中,侵蚀面积最大的是草地,其次是林地、耕地,未利用地侵蚀面积最小,微度侵蚀和轻度侵蚀主要分布在林地、草地和耕地;2000-2015年土地利用类型结构调整、退耕还林措施使淇河流域年平均土壤侵蚀模数减少趋势明显,2000-2015年的土壤侵蚀模数降幅为79.20%,研究区大部分区域土壤侵蚀强度由高级别向低一级转移,淇河流域侵蚀强度等级较高的区域主要分布在河流上游的山西省壶关县树掌镇、鹅屋乡、桥上乡,平顺县杏城镇和陵川县的六泉乡,中上游的河南省辉县沙窑乡,以及流域中下游的淇县黄洞乡。(2)淇河流域土壤侵蚀与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子具有密切关系。土壤侵蚀模数随着海拔的升高先增大后降低,海拔在1200m处达到最大,600-1200m海拔梯度是土壤侵蚀强度最大的区域;土壤侵蚀模数随着坡度的增加不断增大,坡度在大于15°的区域属于中度以上侵蚀;土壤侵蚀模数随着地形起伏度的增加不断增大,地形起伏度70-500m的区域多呈中度以上侵蚀;海拔600-1200m、坡度大于15°、地形起伏度70-500m的区域土壤侵蚀状况严重,是土壤侵蚀防治的重点区。(3)淇河流域不同土壤类型的土壤侵蚀模数按从大到小排列依次是棕壤性土、潮土、黄绵土、褐土、淋溶褐土、钙质粗骨土、钙质石质土、积钙红黏土、石灰性褐土、冲积土、褐土性土、红黏土。不同土壤类型的土壤侵蚀面积占比从大到小依次为:褐土、黄绵土、潮土、石灰性褐土、淋溶褐土、棕壤性土、钙质粗骨土、冲积土、钙质石质土、褐土性土、积钙红黏土和红黏土。极强及以上侵蚀强度主要发生在潮土、褐土、黄绵土和棕壤性土,其是淇河流域土壤侵蚀治理中的重点。(4)2000-2015年淇河流域土壤保持强度明显降低,2000年单位土壤保持量为644.55t/(hm2.a),2015年单位土壤保持量则降低至277.06t/(hm2.a);在各土地利用类型中,林地土壤保持强度最大,草地次之,耕地土壤保持强度远小于林地和草地,水域土壤保持强度亦较低;林地土壤保持总量是研究区土壤保持总量最高的土地利用类型,占全区总量的45%,草地次之。(5)淇河流域土壤保持强度与坡度、海拔和地形起伏度等地形因子亦有密切关系。土壤保持强度随海拔增加呈现先增后减,平均保持强度最大的是1000-1200m区域,最小的是小于200m区域;在保持总量上,1200-1400m海拔区土壤保持总量最大,400-600m区域次之;土壤保持强度随坡度和起伏度的增加而增大,土壤保持量主要分布在坡度介于15°-35°和起伏度介于70-500m的区域,该区域的土壤保持强度也较大。(6)淇河流域的土壤保持状况和土壤类型有密切关系。棕壤性土区和潮土区的单位土壤保持量最高,分别为478.27t/(hm~2.a)和331.36t/(hm~2.a),石灰性褐土区面积较大,而土壤保持强度较小,因此,研究区石灰性褐土区是下一步水土保持的重点区域。
【图文】：

淇河,流域概况,太行山

图 2-1 太行山淇河流域概况图2.1.2 社会经济状况淇河千百年来以“史河”、“诗河”、“文化河”而著称，有着深厚的文化底蕴河流域在行政辖区上包括河南省林州、汤阴、鹤壁、淇县、浚县、辉县、卫辉、山平顺、壶关和陵川等 10 个县（区）。流域的经济状况是农业和非农业等多种行业发展的经济结构。其中林州市总面积 2046km2，总人口 105.97 万，其中山坡、丘陵6%，耕地 76 万亩，市区面积约 30 平方公里，市区海拔 306.8m，截止 2015 年，，全人口 105.97 万，人口密度 517.94 人/km2，是我国人口密度较高的县级市之一，市口近 30 万，2015 年 GDP 总产值为 455.47 亿元，农业总产值 20.32 亿元；汤阴县总 646km2，总人口 50 万，耕地 62.03 万亩，人均 1.4 亩，一半为旱地，粮食作物以，玉米为主，2015 年 GDP 总产值为 164.00 亿元，农业总产值 23.51 亿元；鹤壁总 2182km2，总人口 163.99 万，耕地面积为 153.2802 万亩，2015 年 GDP 总产值为 343元，农业总产值 12.10 亿元；淇县总面积 581km2，总人口 29 万，耕地面积 32.29

淇河,太行山

边界对 DEM 数据进行水文提取而得，该提取需要借助于软件平据预处理数据模型 DEM 下载于数据地理空间数据云平台（http://www.gsclou0m，本研究采用的数字高程模型 DEM 数据原始数据坐标系统EM 进行投影变换，将 DEM 数据的坐标系统转换为阿尔伯斯40_Albers)坐标系统。由于原始 DEM 数据的误差限制，会导致我们首先要用 Arc GIS10.2 对原始的 DEM 数据进行填洼(Fill)，滑无洼地的 DEM。本文借助 Arc GIS10.2 中的水文分析模块，通计算、洼地填充等对原始 DEM 进行填洼、几何校正等处理，处导入模型，进行分析研究。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S157

【参考文献】