卧虎山流域气候及土地利用变化对土壤侵蚀的影响研究

发布时间：2020-11-08 20:51

　　 研究气候及土地利用变化对土壤侵蚀的影响,对区域生态恢复、水土生态治理的发展具有重要意义。本文以济南市卧虎山流域为研究对象,利用Mann-Kendall非参数检验、滑动t检验、小波周期分析、泰森多边形及空间插值等方法,对研究区水文气象要素的时空变化特征进行了分析;基于人工模拟降雨试验结果,利用SWAT模型、土壤侵蚀RUSLE模型及情景分析等手段,探讨了不同气候及土地利用变化情景对研究区土壤侵蚀的影响,取得的主要研究成果如下:(1)研究区1980-2016年的降水量、气温及径流量均呈现不显著的增加趋势,而蒸发量呈现显著的降低趋势;多年平均降水量是731.34mm,存在着4-10a、13-20 a和25-30 a的周期变化规律,且空间分布不均,由东向西逐渐递减;多年平均气温是14.7℃,变化周期为25-30 a;多年平均蒸发量是2010.05 mm,存在着5-12 a和25-30 a的周期变化规律;多年平均径流量是5951.79×104 m3,变化周期为5-8 a和12-18 a;研究区年径流深与年降水量的相关性较高,相关系数为0.70。(2)设置 10°、15°、20°和 25°四种坡型,30、40、60、80、100 mm/h 五个降雨强度,随机种植、块状种植、条状种植、坡底种植、坡中种植、坡顶种植六种草本植被种植格局,纯灌、草灌结合和纯草三种植被配置,25%、50%和75%三类植被覆盖度,利用人工模拟降雨装置研究坡面的产流产沙规律。由结果可知,当降雨强度为30 mm/h和100 mm/h时,四种坡型的产流量分别是:66.12 L、86.89 L、102.36 L、94.51 L 和 155.00L、173.00L、210.15L、179.00L,产沙量分别是:92.66g、120.89 g、135.68 g、129.77 g 和 172.59 g、214.65 g、264.32 g、245.24 g,即降雨强度相同时,随坡度增大,产流、产沙量先增大后减小;当坡度为20°时,30-100 mm/h降雨强度下的产流、产沙量分别是:102.36 L、124.56 L、155.54 L、172.58 L、210.15 L 和 135.68 g、156.58 g、178.21 g、221.58 g、264.32 g,即坡度相同时,降雨强度增大,坡面产流、产沙量相应增大;产流速率随降雨时间呈现先增大后趋于稳定的趋势,而产沙浓度则先增大后减小,最后趋于稳定;当坡度为20°,降雨强度为30mm/h时,不同草本植被种植格局条件下的产流量由小到大依次为:随机种植(57.23 L)块状种植(69.43 L)条状种植(71.21 L)坡中种植(80.07L)坡底种植(85.06 L)坡顶种植(94.43 L),产沙量为:坡底种植(68.24 g)随机种植(83.54 g)块状种植(92.45 g)坡顶种植(105.64 g)坡中种植(116.25 g)条状种植(125.32 g);当坡度为20°,降雨强度为30 mm/h,覆盖度为50%时,不同植被配置的产流、产沙量由小到大依次为:草灌结合配置(72.24 L,81.32 g)纯草配置(76.07 L,86.24 g)纯灌配置(81.34L,96.54g),且随着植被覆盖度的增大,坡面产流、产沙量均明显减小。(3)用SWAT模型模拟研究区的径流具有良好的适用性,由模拟结果可知,率定期的相关系数R2和纳什效率系数NSE值分别是0.85和0.82,验证期的R2和NSE分别是0.89和0.88。(4)由RUSLE模型模拟研究区土壤侵蚀的结果可知,除1996年属于中度土壤侵蚀外,1988、2002、2009和2014年均属于轻度土壤侵蚀;流域的土壤侵蚀模数及侵蚀量随植被覆盖度的增加而减小;随高程的增大,先增大后减小,在300-500 m范围内最大;随坡度的增大,同样是先增大后减小,土壤侵蚀模数在15-20°范围内最大,而土壤侵蚀量在25-35°范围内最大;不同坡向的土壤侵蚀模数由大到小依次为:阳坡半阳坡半阴坡阴坡,土壤侵蚀量则为:半阳坡阳坡阴坡半阴坡。(5)依据极端土地利用情景下径流及土壤侵蚀的模拟结果,结合流域实际的气候、地形及土地利用特征,模拟土地利用优化配置后的径流及土壤侵蚀变化。通过与2014年土地利用下的模拟结果对比可知,土地利用优化配置后的多年平均径流量降低了 483×104 m3,降低率为8.71%;土壤侵蚀模数由942.23 t.km-2.a-1降至804.81 t-km-2.a-1,土壤侵蚀量由 50.79×104 t 降至 43.38×104t,降低率为 14.59%。(6)通过模拟不同气候变异情景下的径流变化可知,径流对降水量变化的敏感性高于对气温变化的敏感性。降水量每增加10%,径流量平均增加17.42%,每减小10%,径流量平均减小13.37%;多年平均径流量随着气温的升高或者降低,均呈现减小的变化趋势,气温每升高或降低℃,径流量分别降低了 1.67%和3.39%。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S157.1
【部分图文】：

?卧虎山流域气候及土地利用变化对土壤侵蚀的影响研宄???较贫瘠，除部分普通褐土土质较好外，棕壤性土和褐土性土的土层浅薄，结构松散，??石块较多，是较易产生土壤侵蚀的土壤类型（修源，２０１６）。??９０°０＊０ＭＫ?１１０°？，０，，Ｅ?１ＪＯ°０，０，＊Ｅ?ｍｏｊｐ．ＣＴＥ?ＩＩ７°０，０ＭＦ，?Ｉ?ｌ７°Ｊｊｉｒ（ｒＦ：??

Ｘｕ?ｅ／?ａ／．，２００８；黄焕坤，２００９）。同时突变性也是气候变化的一个重要指标（曾红玲，??２００２；高洪程，２００６）。本文利用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌ丨突变检验法、滑动ｔ检验及小波周期分??析法对研宂区年降水量的突变性和周期性进行了分析，结果如图３－４所示。??年降水量序列ＵＦ和ＵＢ在１９８４年、丨９８９年和２０１３年存在交点（图３－４），１９８４??年以前ＵＦ小于０，１９８４年到１９８８年大于０，１９９０年以后的ＵＦ基本均大于０，?１９８４??年和］９８９年以后均是ＵＦ由小于０向大于０变化，且通过滑动ｔ检验分析得出降水序??列的统计量均超过０．０５显著性水平，因此１９８４年和１９８９年为年降水量的突变年份，??且由少雨时期向多雨时期的突变。??在小波周期分析的等值线图中

??变化趋势，？蓝、绿色部分表示负值，表示下降或减小的变化趋势。由图３－４可知，年??降水量序列在变化过程中均存在着４－１０?ａ、１３－２０?ａ和２５－３０?ａ三类尺度的周期变化规??律，且三个尺度上的周期变化在整个分析时间段内均表现的较为稳定，具有全域性。??ｔｅ調Ｉ??１９８０?１９８５?１９９ｔ?ｊ０００?２００５?２０，０?２，１，５?ｍｏ?哪?＇剛雙罵－膽一：听??年份?年份??图３－４研究区年降水量Ｍ－Ｋ突变及小波周期分析??Ｆｉｇ．３－４?Ｍ－Ｋ?ｍｕｔａｎｔ?ａｎｄ?ｗａｖｅｌｅｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ａｎｎｕａｌ?ｒａｉｎｆａｌｌ?ｉｎ?ｓｔｕｄｙ?ａｒｅａ??３．２．１．３降水量空间变化特征分析??本文利用ＡｒｃＧＩＳ空间插值－反距离加权平均插值法（ＩＤＷ）对研宄区多年平均降??水量的空间变化特征进行了分析。由图３－５可知，研究区多年平均降水量的空间分布??不均，由东向西逐渐递减，南北差异不明显，各雨量站的多年平均降水量的范围是??６９８－７６５?ｍｍ，多年平均降水量最多的测站是枣林站，最少的是邱家庄站。??Ａ遽?＇輪??？—??？柳埠??？南高而?？窝铺?酬??？南ｓ站??Ｉ￣Ｉ研究区边界??降水擻／?ｍｍ??０?２
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本文编号：2875320