出山店水库水土保持弹性景观功能研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:b188413920
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出山店水库是国务院确定的172项重大水利项目之一,淮干上游唯一一座大(I)型水库。水库运行后,可使淮河干流上游防洪标准由不足10年一遇提高到20年一遇,消减洪峰流量4197m3/s,保护下游170万人口和220万亩耕地,每年可向信阳市供水超8000×104m3,灌溉两岸耕地50余万亩,年发电超750×104KW·h。水土流失与生态环境是水库建设和运行需要研究和解决的两方面问题,以水土保持和景观生态为切入点,以弹性景观功能为核心目标,开展出山店水库水土保持弹性景观功能研究,为区域生态保护和水库生态效益发挥提供理论支撑,对水土保持专业领域研究拓展具有重要意义。研究运用水土保持学、景观生态学等学科理论方法,充分利用出山店水库建设翔实的基础资料、水土保持与生态环境等成果资料,引入弹性景观概念,通过文献查问研究归纳建立水土保持弹性景观基本理论;基于3S技术、DEM等基础数据信息及现场调查,划分水土保持弹性景观单元、解译景观要素数据信息;通过研究区土地利用景观动态演变分析、生态脆弱性评价、水土保持生态系统服务功能计算、水土保持景观要素基本景观特征计算分析,构建弹性功能指标体系与因子筛选,运用景观生态学静态研究理论思想和中性模型原理,建立水土保持弹性景观功能模型,并对出山店水库水土保持弹性景观功能进行计算分析,为水库水土流失防治和生态环境保护奠定基础。通过研究得到以下结论:(1)提出水土保持弹性景观概念并确定水土保持弹性景观要素主要由耕地、林地、草地、水域组成;提出水土保持弹性景观功能概念并确定由水土保持功能、生态保护功能、生态生产功能组成;提出水土保持弹性景观功能基本理论,在受到干扰破坏时,水土保持景观功能随干扰破坏程度增大发挥到最大弹性阈值;在干扰破坏结束后,水土保持弹性景观能恢复到原有状态时的最小弹性阈值。(2)基于3S技术、利用DEM,共划分为33个水土保持弹性景观单元;以耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地为基本景观要素,解译图斑总计16886个,图斑总面积95809.41hm2。(3)构建Markov转移矩阵、单一型动态度、综合型动态度模型。对2000年到2018年出山店水库研究区土地利用景观动态演变进行分析:2000年到2015年各土地利用类型总面积变化较小;2015年到2018年水域与建设用地土地R1较大;2000年到2005年各土地类型间的转化很小;2005年到2015年耕地、林地、草地、建设用地转入与转出均较明显,空间动态度比较剧烈;2015年到2018年土地利用类型空间动态均比较剧烈;2000年到2005年LC值极小;在2005年到2010年LC为3.5788%,2010年到2015年LC为3.7099%,2015年到2018年LC为6.5755%。(4)从生态敏感性、生态恢复力和生态压力度3个层面17个指标6个主成分对生态脆弱性指数(EVI)计算分析,将生态脆弱性划分为微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱、极度脆弱五个等级,结果表明:出山店水库研究区生态脆弱性空间分布特征总体呈西北生态脆弱性高、东南生态脆弱性低的格局?(5)林地、草地、耕地和水域生态系统服务功能总价值28151.56万元,价值平均值0.355万元/hm2,林地、草地、耕地、水域价值分别为18749.26万元、545.40万元、3174.85万元、5682.05万元,价值平均值分别为0.540万元/hm2、0.308万元/hm2、0.082万元/hm2、1.310万元/hm2。(6)研究区33个景观单元景观斑块密度17个/km2,耕地斑块密度最小、水域最大。类斑平均面积5.74km2/个,耕地平均面积规模最大、水域最小。耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地景观要素类斑形状指数分别为106.14、81.73、37.78、59.18、75.10、34.29,斑块分维数分别为1.60、1.58、1.59、1.57、1.62、1.59,均大于1,景观要素斑块形状比较复杂。类斑香浓多样性指数平均0.12,多样性指数平均0.05,均匀度平均0.03,景观要素多样性和均匀度较低。耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地景观要素优势度分别为15.08、9.32、2.99、1.09、1.04、0.31,景观要素优势度明显,耕地最大15.08,未利用地最小0.31。(7)水土保持弹性景观功能⊿E模型阈值0~5,⊿E值越大说明研究区域土壤侵蚀越轻微、生态环境越优良、生态生产功能越大;水土保持功能(防治土壤流失)以土壤侵蚀模数负值表征,土壤侵蚀模数越大,土壤流失越严重,水土保持防治土壤流失功能越小;⊿E值与生态保护功能、生态生产功能呈正相关关系,与土壤侵蚀模数(防治土壤流失水土保持功能负值)呈负相关关系。出山店水库研究区水土保持弹性景观功能⊿E最大值、最小值分别为4.162、2.505,现状值3.994,均超过⊿E阈限平均值2.5,说明出山店水库研究区水土流失相对轻微、生态环境良好、生态生产功能较大;水土保持景观功能现状值还未达到最大值,表明研究区还有继续实施生态保护、防治水土流失的空间。研究区划分的33个水土保持弹性景观单元⊿E最大值中的最大值为4.094、最小值为3.321,分别为第28号单元和第22号单元,最大值比最小值大23.28%;⊿E最小值中的最大值为2.320、最小值为1.126,分别为第22号单元和第13号单元,最大值比最小值大106.04%;33个景观单元中⊿E最大值为4.094、最小值1.126,最大值比最小值大263.59%,最小值小于⊿E阈值平均值2.5,表明出山店水库研究区仍存在局部水土流失严重、生态环境恶劣区域,需加强水土流失防治和生态治理与保护。研究利用水土保持弹性景观功能⊿E模型及附属方程计算水土保持功能SW、生态保护功能EP、生态生产功能NPP时,选择易于量化、计算数据有来源、代表性强、计算方法易操作的指标因子进行计算,并根据土地利用动态演变分析结果确定水土保持弹性景观功能约束条件,利用Matlab软件程序求得最大值与最小值,是一种理想化的状态,但土壤侵蚀、生态保护、生态生产均是复杂的系统,影响因素众多,因此构建⊿E模型及指标体系与因子进行水土保持弹性景观功能计算分析仍有更深研究空间。
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