覆被格局演变对流域水沙过程的影响机理与定量解析

基本信息
批准号:41701207
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张建军
学科分类:
依托单位:中国科学院生态环境研究中心
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:沈亲,苏旭坤,张琨,胡建,宁珍
关键词:
水沙过程输沙变化微分方程水文响应景观指数黄土高原覆被格局
结项摘要

Based on the relationship between landscape pattern, structure and function, ecosystem restoration by remolding watershed landscape pattern has changed the spatial structure of runoff and sediment source and sink areas (e.g. connectedness) and optimized the spatial allocation of land use, and that contributed to soil and water conservation. Currently, the response mechanism and quantitative analysis of runoff and sediment process to watershed landscape pattern change is a hot issue. However, a critique of conventional landscape metrics for lack of consideration on the runoff and sediment process, there is still some limitations in quantifying the variation of water-sediment transport in watersheds; meanwhile, there is great uncertainty to determine the variation of relationship between runoff and sediment due to the difference of time scales. Therefore, we take the Northern Luo river basin in Loess Plateau region for research objects, the main objectives of this study are to (i) develop landscape hydrological metrics based on the runoff and sediment process, (ii) quantitatively analyze water-sand regime changes and factors which contribute to the changes, and (iii) simulate water and sediment yield under climate and land-use scenarios to understand the response mechanism of the runoff and sediment process to watershed landscape pattern based on a distributed hydrological model. Overall, the development of landscape hydrological metrics in this study is an exploration and practice in landscape ecology, and the establishment of the differential equation for simulating the water and sediment yield is an innovative approach to determine the variation of runoff-sediment relationship. The research on the response mechanism of the runoff and sediment process to watershed landscape pattern will have an important scientific and practical significance in improving water and natural disaster management.

根据景观格局-结构-功能的关系,通过重塑流域覆被格局,生态恢复改变了泥沙源、汇功能区的空间结构(如连通性),土地利用类型空间上的有效组合发挥了水土保持的功能。覆被格局演变下流域水沙过程的响应机制与定量解析是目前的热点问题。由于缺乏水沙过程基础,常规景观指数在水沙过程变化研究中存在局限;同时,流域水沙关系因时间尺度的差异存在巨大不确定性。因此,本项目以黄土高原地区北洛河流域为研究对象,①建立基于侵蚀产沙过程的水文响应景观指数,②定量分析流域水沙情势变化并解析各贡献因子,③基于分布式水文模型研究历史气候和土地覆被情景下流域产水产沙,从而认识流域水沙过程对覆被格局演变的响应机制。本项目建立的水文响应景观指数是景观生态学理论的重要实践,流域输沙变化微分方程的提出是水沙变化研究的方法创新。流域水沙过程对覆被格局演变的响应机制有助于提高区域水资源管理和灾害防治的能力,具有重要的科学价值与实践意义。

项目摘要

系统认知覆被格局演变对流域水沙过程的影响机理是黄土高原开展生态恢复遏制水土流失的理论和现实需求。然而,流域水沙过程的不确定性、高度非线性关系、时空分异和数据的稀缺性对目前水沙变化的科学评估带来巨大挑战。本项目提出了流域输沙变化微分方程;提出输沙率曲线新的表现形式;求得其解析解和数值解。为准确评估极端降水空间分布及其时空演变,本研究通过集成通用多重分形理论和分割算法,提出了基于非线性理论的极端降水阈值判定方法,具有明显的方法论优势。结果表明,黄土高原中部是本区极端降水强度最高的区域,是该地区土壤侵蚀最严重地区的气候因素。黄土高原91%的极端降水发生在6-8月,极端降水中心日早于降水中心日11天,揭示了本区沙峰早于洪峰出现的气候原因。主导产流的气候因子依降序分别为年降水量(PT)和有效降水量(R5),年最大极端降水事件(MPE)、大雨降水量(R25)、大雨天数和年最大连续降水天数(CWD)。主导产沙的5个因子依次是MPE,R25,侵蚀性降水量,PT和CWD。主导气候因子的产水产沙动力受流域特征影响,其中耕地是正效应主导因子,LAI、林地和降水梯度是负效应主导因子。黄土高原泥沙调节存在两种途径:①调节径流和改善水-沙关系,②减少径流。在水土保持综合治理期(1980-1999)和退耕还林期(2000-2015),生态恢复的减沙作用由63%增加到81%;减水贡献由55%增加到75%。泥沙调节的主导水土保持措施由工程措施(淤地坝)转变为植被措施(林地)。退耕还林期的调水减沙效率显著高于水土保持综合治理期,但随着输沙模数的持续下降,生态恢复的调水减沙效率降低,减沙水代价由5.2 m3/t提高到6.4 m3/t。随着生态恢复面积比例的持续增加,通过增大生态恢复面积以进一步调节径流和泥沙的效率下降,在水资源趋于短缺的背景下,流域精准管理是黄河流域生态保护与高质量发展的未来方向。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
3

黄河流域水资源利用时空演变特征及驱动要素

黄河流域水资源利用时空演变特征及驱动要素

DOI:10.18402/resci.2020.12.01
发表时间:2020
4

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

DOI:
发表时间:2020
5

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020

张建军的其他基金

批准号:21073053
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:21071025
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:11574356
批准年份:2015
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:61203226
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91538109
批准年份:2015
资助金额:67.00
项目类别:重大研究计划
批准号:51305221
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41802074
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81773675
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:41561067
批准年份:2015
资助金额:43.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21172257
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21871038
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:20902108
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:59005475
批准年份:1990
资助金额:5.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61377031
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:81241105
批准年份:2012
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30472179
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:21772230
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:51475394
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81173569
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81472572
批准年份:2014
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:51175144
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31400880
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41571507
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81772933
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81773715
批准年份:2017
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:20773034
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:71102071
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30571530
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51861026
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31000677
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51808379
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21473049
批准年份:2014
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
批准号:51303009
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11426118
批准年份:2014
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:81101515
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871111
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51301067
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81874350
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:21476018
批准年份:2014
资助金额:86.00
项目类别:面上项目
批准号:81473370
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:30973512
批准年份:2009
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:51703236
批准年份:2017
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11871123
批准年份:2018
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:81173111
批准年份:2011
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41101531
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31471426
批准年份:2014
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:71373180
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

鄱阳湖典型流域水沙过程对植被格局的响应

批准号:41461058
批准年份:2014
负责人:胡建民
学科分类:D0710
资助金额:51.00
项目类别:地区科学基金项目
2

海河流域土地利用与土地覆被变化对河流水质的影响

批准号:41240005
批准年份:2012
负责人:田野
学科分类:D0714
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
3

黄土高原区土地利用/覆被变化对流域蓝水绿水影响的定量研究

批准号:41301030
批准年份:2013
负责人:党素珍
学科分类:D0702
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

汉江流域土地利用/覆被变化对水环境化学的影响研究

批准号:31100347
批准年份:2011
负责人:李思悦
学科分类:C0307
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目