水源涵养的计量研究_金小麒
森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法
森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法一、本文概述森林生态系统作为地球生态系统的重要组成部分，其水源涵养功能对于维护全球水循环、保持水资源平衡以及提供生态服务等方面具有至关重要的作用。
本文旨在全面探讨森林生态系统的水源涵养功能，包括其定义、机理、影响因素以及实际应用等方面，以期加深对其生态价值和重要性的理解。
本文还将详细介绍水源涵养功能的计量方法，包括传统的水量平衡法、同位素示踪法以及近年来兴起的遥感监测等新技术手段，以期为我国森林生态系统水源涵养功能的科学评估和管理提供理论支持和实践指导。
通过本文的阐述，我们期望能够为相关领域的研究者和实践者提供一个全面、深入的参考框架，推动森林生态系统水源涵养功能研究的不断发展和完善。
二、森林生态系统的水源涵养功能森林生态系统作为地球上最重要的生态系统之一，具有显著的水源涵养功能。
这一功能主要体现在以下几个方面：雨水截留：森林的树冠、枝叶和地面植被能有效截留降落的雨水，减少雨滴对地面的直接冲击，从而降低雨水在地表的流速，增加雨水在地表的渗透时间。
这种截留作用有助于减缓地表径流，减少水土流失。
土壤持水：森林土壤具有较高的持水能力。
森林植被通过根系与土壤紧密结合，形成稳定的土壤结构，有利于水分的保持和储存。
同时，森林土壤中的有机物质和微生物活动也有助于提高土壤的持水性能。
地下水补给：森林生态系统通过减缓地表径流和增加地下渗透，为地下水提供稳定的补给来源。
这种补给作用对于维持地下水位、保障地下水资源具有重要意义。
气候调节：森林通过蒸腾作用释放大量水分到大气中，有助于维持大气湿度的稳定，对局部气候产生重要影响。
森林还能通过影响风速、温度和降水等气象要素，调节区域气候，为水源涵养创造有利条件。
森林生态系统的水源涵养功能在维护水资源安全、保护生态环境等方面发挥着重要作用。
因此，加强森林生态系统的保护和恢复，对于提高水源涵养能力、促进水资源可持续利用具有重要意义。
三、水源涵养功能的计量方法水源涵养功能是森林生态系统的重要服务之一，其计量方法对于评估森林生态系统的生态服务价值、制定生态补偿政策以及实现森林的可持续管理具有重要意义。
CMIP6_模式对黄河水源涵养区降水和气温模拟能力的评估
第 6 期水 利 水 运 工 程 学 报No. 6 2023 年 12 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERING Dec. 2023 DOI:10.12170/20230215001吴金雨，鞠琴，刘小妮，等. CMIP6模式对黄河水源涵养区降水和气温模拟能力的评估[J]. 水利水运工程学报，2023（6）：1-12.（WU Jinyu, JU Qin, LIU Xiaoni, et al. Assessment of precipitation and temperature in the water conservation region of the Yellow River Basin using CMIP6 models[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023（6）: 1-12. （in Chinese））CMIP6模式对黄河水源涵养区降水和气温模拟能力的评估吴金雨1, 2，鞠琴1, 2，刘小妮1, 2，连子旭1, 2，张译尹1, 2，段远强1, 2(1. 河海大学水灾害防御全国重点实验室，江苏南京 210098； 2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏南京210098)摘要: 黄河流域水源涵养区是国家重要的生态屏障，评估全球气候模式对黄河流域水源涵养区降水和气温的模拟能力至关重要。
基于国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的20个全球气候模式，采用相对误差、相关系数、确定性系数和泰勒图等评估指标，对黄河流域水源涵养区1985—2014年降水和气温的模拟能力进行综合评估，并对优选出的模式进行空间分析。
结果表明：绝大多数气候模式对气温的模拟效果优于降水，气温的相关系数高达0.95以上；而对降水的模拟普遍存在高估现象，确定性系数偏低。
在对黄河流域水源涵养区分区研究中发现，大部分模式对3个区域（黄河源区、唐乃亥-兰州以上流域和渭河-伊洛河流域）的模拟精度都有待进一步提高，不同气候模式在不同分区上的模拟能力有差异，总体上，20个模式在黄河源区模拟的降水和气温效果最好，唐乃亥-兰州以上流域次之，渭河-伊洛河流域最差。
基于GIS的水源涵养功能研究
3805.73
5.35
3
0.54
19.67
3170.4
3197.57
64.24
115.66
4323
4469.26
28.46
水源涵养总 量(1*108t)
6.38 114.24 13.52 20.25 1.72 205.42 127.19
1.8 1.9 1.10 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 平均值 总量
拦截蓄水调节径流净化水质等方面所以长江上游森林生态系统水源涵养功能评估的指标体系的建立主要以这几个方面为依据表1评估指标tab1evaluationunits森林水源涵养功能一级指标二级指标地被层截留量枯枝落叶层最大持水量毛管孔隙度非毛管孔隙度土壤蓄水量土层厚度拦截蓄水林冠截留量林冠截留率防洪能力减小洪水的立方数提高农田灌溉能力调节径流增加水资源能力增加城市供水能力有害元素的百分比净化水质不同元素的百分比有益元素的百分比因森林在调节径流和净化水方面还存在很多不定性因素加上篇幅有限本文仅以森林拦蓄水的总量代替森林综合水源涵养量
基于土壤动态蓄水的森林水源涵养能力计量及其空间差异_张灿强
第27卷第4期自然资源学报Vol.27No.4 2012年4月JOURNAL OF NATURAL RESOURCES Apr．，2012基于土壤动态蓄水的森林水源涵养能力计量及其空间差异张灿强1，2，李文华1，张彪1，杨艳刚1，董敦义3，潘春霞3（1．中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2．中国科学院研究生院，北京100049；3．浙江省安吉县林业局，浙江安吉313300）摘要：水源涵养是森林提供的重要生态服务之一，而森林土壤对降水的拦蓄和调节起着主要作用。
采用土壤动态蓄水能力法，以太湖流域安吉县森林资源二类调查和雨量站逐日降水量数据为基础，评估了森林的水源涵养能力，并将土壤水源涵养能力参数和降水数据进行空间栅格处理和相应的栅格运算，从而揭示了水源涵养的空间差异。
结果表明：安吉县森林生态系统年涵养水源能力为19.66ˑ108t，单位面积森林年涵养水源能力为14788t/hm2；从空间分布上看，森林水源涵养量沿西苕溪由上游向下游呈减少的趋势；从不同森林类型来看，竹林的水源涵养贡献率最大，达52.26%。
关键词：森林；水源涵养；土壤蓄水中图分类号：S715文献标志码：A文章编号：1000－3037（2012）04－0697－08森林和水两者之间的关系极为密切［1］。
森林利用林冠层、枯落物层和土壤层对降水进行拦截和滞蓄［2］，起到调节河川流量、补充地下水等作用［3］，是森林提供的重要生态服务之一［4］。
不同界面层次的森林生态水文过程和作用都有大量研究［5-7］，刘世荣等［8］曾对我国森林生态水文功能做了较全面细致的总结对比。
同时，相关研究也表明土壤水占总降水量的60% 70%，在黄土高原部分地区甚至达90%［9-10］，森林土壤对水分的拦蓄和调节作用被形象地称为“土壤水库”，土壤水库库容大、下泄快，起着重要的防洪减灾、水文调节和侵蚀控制作用［11-12］。
定量评估森林的水源涵养作用对流域水资源规划、管理，森林生态建设以及生态补偿等具有重要作用。
基于 InVEST 模型的西安市水源涵养功能空间格局研究
区域治理PRACTICE基于InVEST模型的西安市水源涵养功能空间格局研究*赵娟1，冯娜1，张平1,2*1.西安工程大学环境与化学工程学院；2.陕西省土地整治重点实验室摘要：水源涵养是生态系统提供的重要调节服务之一，其变化直接影响区域气候、水文、植被和土壤等状况，是区域生态系统状况的重要指示器。
本文以西安市为研究区，通过InVEST模型对水源涵养功能进行分析，估算区域生态系统水源涵养量和分析水源涵养量时空变化规律对区域的水资源管理。
结果表明：（1）西安市2005-2010年产水量值分别为365.47mm和452.22mm，产水量整体由西南向东北呈递减趋势，产水能力整体较强；2005-2010年平均水源涵养量分别为203.12mm和272.75mm，水源涵养量的分布存在空间差异，研究区西南部地区水源涵养量较高，东北部大部地区水源涵养量偏低。
（2）西安市2005-2010年的水源涵养量呈递增趋势，主要由于2000-2005年、2005-2010年西安市林地面积增加了200hm2，草地面积增加了128012.13hm2。
（3）西安市水源涵养量一般区主要分布在西安市北部和东北部，重要区和极重要区主要分布在西南部；西安市5年内北部地区水资源环境明显好转。
本研究结果可为城市水源涵养服务定量评估和生态系统可持续管理提供重要参考。
关键词：InVEST模型；生态系统；水源涵养量；时空分布规律中图分类号：X 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）17-0198-0002生态系统水源涵养功能是一个动态发展的概念，主要表现形式包括生态系统拦蓄洪水、调节径流、影响降雨量、净化水质等，对不同时期水源涵养的时空变化规律的研究具有重要意义。
国内外学者在水源涵养定量评估方面开展了较多工作。
窦苗[1]、张福平[2]等对不同空间格局和不同区域的不同自然条件对水源涵养量的影响进行了深入研究并得出了科学合理的结论。
夏林[3]等以乌江流域研究区定量评估研究区产水量和水源涵养量，探讨了水源涵养能力及差异。
invest模型水源涵养中的表格
invest模型水源涵养中的表格水源涵养是指水资源在自然条件下通过降水或融雪等形式转化为地下水的过程。
水源涵养对于维持生态平衡、保护水资源、调节气候具有重要作用。
在现代社会，水源涵养的重要性被越来越多的人所认识到，并且开始在实践中广泛应用。
本文将介绍水源涵养的概念、作用、模型以及一些实施案例。
概念：水源涵养是指自然环境中以雨水、雪水等形式转化为地下水的过程。
这一过程对于维持生态平衡、保护水资源、调节气候具有重要作用。
水源涵养主要通过土壤渗透和蒸发散发等方式实现。
作用：水源涵养对于维持生态平衡和保护水资源具有重要意义。
首先，水源涵养可以维持地下水位的稳定，保证湖泊、河流等水体的正常供水。
其次，水源涵养能够提供适宜的生态环境，为动植物提供水源。
最后，水源涵养还能够减少洪涝灾害的发生，调节气候。
模型：水源涵养模型是用来估算雨水或融雪对地下水补给量的工具。
这些模型通常基于水文学原理，并使用地理信息系统(GIS)和遥感技术来获取数据。
一种常用的水源涵养模型是水文引导模型。
这种模型基于流域的水文特征和气候条件，通过模拟流域的水循环过程来估算地下水的补给量。
该模型可以预测地表径流和土壤渗透，并将其转化为地下水补给。
另一种常用的水源涵养模型是植被水文模型。
这种模型主要基于植被的生理特征和土壤水分运动规律，通过模拟植被与土壤水分的相互作用来估算水源涵养量。
该模型通常使用气象数据、土壤特性、植被类型等参数进行模拟。
实施案例：中国各地都有许多水源涵养项目的实施案例。
例如，在北京市密云县的云蒙山地区，密云水库的供水源头进行了水源涵养工程的实施。
该工程采用了水源涵养森林的种植、改良植被覆盖以及土壤水分调控等措施，以增加地下水补给量。
项目实施后，水库的水源充足，为密云市提供了可持续的水资源。
另外一个实施案例是中国湖南省长沙市的岳麓山地区。
该地区实施了湖南岳麓山国家自然保护区水源涵养工程。
该工程主要通过植被恢复、土壤修复和水土保持等措施，增加地下水补给量。
未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响
第37卷第5期2023年10月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .5O c t .,2023收稿日期:2023-03-01资助项目:陕西省重点研发计划项目 秦岭水源涵养演变机制及其调控技术与示范 (2019Z D L S F 05-02) 第一作者:王辉源(1988 ),男,博士研究生,主要从事森林水文学研究㊂E -m a i l :h y 69@s t u m a i l .n w u .e d u .c n 通信作者:宋进喜(1971 ),男,博士,教授,主要从事生态水文研究㊂E -m a i l :j i n x i s o n g@n w u .e d u .c n 未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响王辉源1,2,宋进喜1,2,3,吴琼1,2(1.西北大学城市与环境学院,西安710127;2.陕西省地表系统与资源环境承载力重点实验室,西安710127;3.西北大学秦岭研究院,西安710127)摘要: 四水四定 背景下,科学量化变化环境下城镇或小流域未来水源涵养量是水资源管理㊁水利规划和水生态保护等工作的重要基础㊂水源涵养量尺度转化是目前生态水文学研究的难点之一,较高精细尺度研究是尺度转化的重要切入点㊂以秦岭北麓灞河流域为研究区,应用S WA T 模型㊁C A -M a r k o v 模型㊁A r c G I S ㊁R C l i m D e x 等分析工具,评估N E X -G D D P -C M I P 6高分辨率数据集对灞河流域月流量模拟能力,选取最优气候模式,模拟未来土地利用变化,分析灞河流域未来30年水源涵养量演变趋势,旨在为秦岭生态保护㊁水资源管理㊁土地利用保护等提供基础数据㊂结果表明:(1)N E X -G D D P -C M I P 6高分辨率数据集A C C E S S -C M 2㊁A C C E S S -E S M 1-5㊁C a n E S M 5等9个气候模式对月平均流量均值模拟效果较好,对极端流量模拟效果较差,N E S M 3气候模式相比其他8个气候模式有较好的流量模拟效果㊂(2)N E S M 3气候模式低估极端降水情况,高估持续干燥天数,月尺度降水数据模拟能力高于年尺度和日尺度㊂(3)通过K a p pa 系数检验C A -M a r k o v 模型在灞河流域土地利用变化方面具有较好的适用性㊂(4)在土地利用和气候变化叠加背景下2023 2050年灞河流域水源涵养量呈下降趋势㊂研究结果对灞河流域水资源管理㊁秦岭水源涵养功能研究及秦岭生态保护具有重要意义㊂关键词:N E X -G D D P -C M I P 6;S WA T 模型;C A -M a r k o v 模型;水源涵养量中图分类号:S 714.7 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)05-0226-09D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.05.027I n f l u e n c e o f F u t u r eC l i m a t e a n dL a n dU s eC h a n ge s o n W a t e rC o n s e r v a t i o n WA N G H u i y u a n 1,2,S O N GJ i n x i 1,2,3,WU Q i o n g1,2(1.C o l l e g e o f U r b a na n dE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e s ,N o r t h w e s tU n i v e r s i t y ,X i a n 710127;2.S h a a x iK e y L a b o r a t o r y o f E a r t hS u r f a c eS ys t e ma n dE n v i r o n m e n t a l C a r r y i n g C a p a c i t y ,X i a n 710127;3.I n s t i t u t e o f Q i n l i n g M o u n t a i n s ,N o r t h w e s tU n i v e r s i t y ,X i a n 710127)A b s t r a c t :U n d e r t h eb a c k g r o u n do f"f o u rw a t e ra n df o u r r e g u l a t i o n s ",s c i e n t i f i c a l l yq u a n t i f y i n g t h e f u t u r e w a t e r c o n s e r v a t i o n i n t o w n s o r s m a l l b a s i n s i na c h a n g i n g e n v i r o n m e n t i s a n i m po r t a n t f o u n d a t i o n f o rw a t e r r e s o u r c em a n a g e m e n t ,w a t e r c o n s e r v a n c yp l a n n i n g a n dw a t e r e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n .T h e s c a l e t r a n s f o r m a t i o n o fw a t e rc o n s e r v a t i o ni so n eo ft h ed i f f i c u l t i e si nt h es t u d y o fe c o l o g i c a lh y d r o l o g y a t p r e s e n t ,a n dt h e r e s e a r c ho f h i g h e r f i n e s c a l e i s a n i m p o r t a n t e n t r yp o i n t o f s c a l e t r a n s f o r m a t i o n .I nt h i s p a p e r ,t a k i n g B a h e R i v e rB a s i na t t h en o r t h e r n f o o t h i l l s o fQ i n l i n g M o u n t a i n s a s t h e r e s e a r c ha r e a ,S WA T m o d e l ,C A -M a r k o v m o d e l ,A r c G I Sa n d R C l i m D e x w e r eu s e dt oe v a l u a t et h e m o n t h l y d i s c h a r g es i m u l a t i o nc a p a b i l i t y oft h e N E X -G D D P -C M I P 6h i g h -r e s o l u t i o nd a t a s e t ,a n dt h eo pt i m a lc l i m a t e m o d e lw a ss e l e c t e dt os i m u l a t et h e f u t u r e l a n d u s e c h a n g e .T h e e v o l u t i o n t r e n d o fw a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h e B a h eR i v e r B a s i n i n t h e n e x t 30y e a r s w a s a n a l y z e d i n o r d e r t o p r o v i d e b a s i c d a t a f o r e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n ,w a t e r r e s o u r c em a n a g e m e n t a n d l a n d u s e p r o t e c t i o n i n t h eQ i n l i n g M o u n t a i n s .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t :(1)N E X -G D D P -C M I P 6h i gh -r e s o l u t i o nd a t a s e t s ,s u c ha s A C C E S S -C M 2,A C C E S S -E S M 1-5a n dC a n E S M 5,h a db e t t e rs i m u l a t i o ne f f e c to nt h e m e a n m o n t h l y fl o w ,b u tw o r s es i m u l a t i o ne f f e c to ne x t r e m ef l o w.N E S M 3c l i m a t e m o d e lh a sb e t t e rs i m u l a t i o n e f f e c t t h a no t h e r 8c l i m a t em o d e l s .(2)N E S M 3c l i m a t em o d e l u n d e r e s t i m a t e d t h e e x t r e m e p r e c i pi t a t i o na n d o v e r e s t i m a t e d t h ed u r a t i o no f d r y d a y s ,a n d i t h a dh i g h e r a b i l i t y t o s i m u l a t em o n t h l y s c a l e p r e c i pi t a t i o nd a t a Copyright ©博看网. All Rights Reserved.t h a n a n n u a l a n d d a i l y s c a l e s.(3)K a p p a c o e f f i c i e n t t e s t s h o w e d t h a t C A-M a r k o vm o d e l h a d g o o d a p p l i c a b i l i t y i n l a n d-u s e c h a n g e i nt h eB a h eR i v e rB a s i n.(4)U n d e rt h ec o m b i n e db a c k g r o u n do f l a n du s ea n dc l i m a t e c h a n g e,w a t e r c o n s e r v a t i o n i n t h e B a h eR i v e r B a s i n s h o w e d a d e c r e a s i n g t r e n d f r o m2023t o2050.T h e r e s u l t s w e r e o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o rw a t e r r e s o u r c e sm a n a g e m e n t i n t h eB a h eR i v e rB a s i n,w a t e r c o n s e r v a t i o na n d e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n i n t h eQ i n l i n g M o u n t a i n s.K e y w o r d s:N E X-G D D P-C M I P6;S WA T m o d e l;C A-M a r k o vm o d e l;w a t e r c o n s e r v a t i o n c a p a c i t y生态系统服务功能是人类赖以生存和发展的物质基础[1],极端气候频发和不合理的经济行为导致生态系统服务功能退化,威胁人类生存环境和经济社会的可持续发展㊂水源涵养功能是生态系统核心服务功能[2],水源涵养功能本质即一定的时间和空间范围内,生态系统保持水分的过程和能力[3],目的是提高生态系统内部水分良性循环,促进人与自然和谐共存㊂根据‘中国气候变化蓝皮书(2022)“[4],中国是全球变化的敏感区,高温㊁强降水等极端天气气候事件趋多㊁趋强,植被覆盖稳定增加,呈现变绿趋势㊂高温和植被变绿增加区域蒸散发量,强降水产流高可减小生态系统对降水的储蓄能力,生态系统未来水源涵养功能存在下降可能㊂土地利用与水循环过程在时空上存在高度的异质性[5],不当的植被恢复与人为活动过度干扰都会引起土地利用现状的剧烈改变,土地利用在人类活动影响下对水源涵养功能影响进一步加强㊂科学量化水源涵养功能,准确计算水源涵养量是水资源管理㊁水利规划和水生态保护等工作的重要基础㊂但是,目前鲜有关于变化环境下未来水源涵养功能评价或者水源涵养量模拟预测方面的研究㊂现有水源涵养功能方面的研究主要集中在如何科学量化生态系统水源涵养功能和准确建立反映生态系统水源涵养功能评价方法方面㊂K i t t r e d g e[6]系统分析森林的价值,尤其是森林通过对水循环的影响调节径流控制洪水;H o r n b e c k等[7]通过 配对流域 试验法在新罕布什尔州哈伯德布鲁克研究植被变化森林产水量变化;H u a等[8]研究全球53个国家生态恢复与供水服务之间权衡关系;牛赟等[9]选择祁连山为研究区,围绕生态和水文2个方面构建水源涵养功能监测与评估指标体系;尹云鹤等[10]基于改进的L P J模型研究认为,近30年与未来黄河源区水源涵养呈下降趋势;包玉斌等[11]基于I n V E S T研究认为,黄土高原植被恢复导致黄土高原水源涵养量有所减少;L i等[12]采用I n V E S T产水量模型定量分析丹江流域水源涵养时空动态,研究水源涵养对气候㊁土地利用和土壤变化的响应;W u等[13]基于S WA T模型研究不同时间尺度秦岭北麓黑河流域水源涵养量时空特征;孙阁等[14]强调当下水源涵养研究重点应统一定义森林水源涵养服务功能,甄别建立水源涵养量化标准与评价方法㊂灞河流域植被茂密是秦岭重要的水源涵养区,灞河连接秦岭山区和渭河,是西安市重要的饮用水水源地;流域土地肥沃,水热条件较好,是西安市重要的粮食基地㊂近年来,由于人为干扰剧烈,流域水资源供需矛盾突出,流域地下水超采严重,人水关系趋于紧张㊂2021年8月19日,蓝田县出现极端大暴雨天气,九间房镇铜鹅村6h降水量高达195.4mm,300年一遇㊂因此,针对流域未来气候及土地利用变化情景下水资源变化及相关调控措施的研究非常必要㊂首先,利用1959 2013年马渡王水文站点月流量观测数据评估N E X-C D D P-C M I P6高分辨率降尺度数据集9个气候模式对流域月流量模拟能力,对模拟能力最好的气候模式极端降水刻画情况进行分析研究;其次,利用C A-M a r k o v模型模拟预测2035年土地利用变化;最后,基于S WA T模型水量平衡法计算气候及土地利用变化情景下2023 2050年流域不同情景下水源涵养量演变特征㊂1研究区域与数据1.1研究区概况灞河古曰滋水,发源于灞源镇箭峪岭南麓九道沟,全长109k m㊂流域空间位置见图1,流域面积2459.31 k m2,平均坡度17.09ʎ,地理范围介于108.97ʎ 109.78ʎE, 33.89ʎ 34.43ʎN,高程354~2433m㊂基于蓝田气象观测站点数据,1959 2017年多年年均气温13.22ħ,降水量717.60mm,蒸散发1082.16mm,日照时间2055.20h,风速1.46m/s,相对湿度69.72%㊂基于农业气象大数据,流域1982 2021年40年年内平均太阳净辐射强度介于163.82~179.99W/m2,均值171.37W/m2㊂流域地形南枕秦岭,北邻渭河,中部川地向西延伸,塬面平坦广阔㊂水系右岸支流短而多,主要有红河㊁十里河㊁沙河㊁五里河㊁白牛河㊁白马河等㊂受秦岭横岭影响,流向由东向西,灞河左岸水系较少,浐河是最大支流㊂依据土纲㊁亚纲㊁土类㊁亚类土壤分类系统,灞河流域5个土纲㊁6个亚纲㊁8个土类㊁14个亚类㊂流域土壤主要为淋溶土㊁半淋溶土㊁初育土㊁半水成土㊁人为土㊂流域植被类型属暖温带落叶㊁阔叶林㊁松栎类型㊂植物主要为栎类㊁油松和华山松㊂流域西北方存在隐伏断裂,荆沟峪两侧存在722第5期王辉源等:未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响Copyright©博看网. All Rights Reserved.滑坡及滑坡群,存在一定地质安全隐患㊂图1灞河流域空间位置1.2数据来源研究区栅格数据空间分辨率为30mˑ30m,投影K r a s o v s k y_1940_A l b e r s,地理坐标G C S_K r a s o v s k y_ 1940㊂数据来源有:(1)数字高程模型(D E M),A S T E R 数字地形产品(h t t p://w w w.g s c l o u d.c n/);(2)土地利用类型数据,数据来源于中科院数据中心,选取1995年㊁2010年㊁2020年3期土地利用遥感监测数据,2035年土地利用数据基于C A-M a r k o v模型模拟预测获得(h t t p://w w w.r e s d c.c n);(3)土壤类型数据,地理科学生态网(h t t p://w w w.c s d n.s t o r e/);(4)径流数据,2006 2017年马渡王水文站点月均流量数据来源于陕西省水文局;(5)气象数据,2006 2017年蓝田气象数据来源于国家气象数据中心,天气发生器数据采用C F S R气象数据模拟[15];(6)N E X-G D D P-C M I P6数据集,根据耦合模型相互比较项目第6阶段(C M I P6)和4个 一级 温室气体排放情景[称为共享社会经济路径(S S P)]中的2个进行的通用环流模型(G C M)运行得出的全球降尺度气候情景组成,数据来源于美国国家航空航天局(h t t p s://w w w.n c c s.n a s a.g o v/)㊂2模型与研究方法2.1模型介绍2.1.1S WA T模型 S WA T(s o i l a n dw a t e r a s s e s s-m e n t t o o l)是美国农业部(U S D A)的农业研究中心J e f fA r n o l d博士1994年为确定土地管理㊁植被变化㊁地下水抽取和水库管理对水质㊁水量的影响开发的[16-17]㊂该模型具有较强的物理基础,可以在无观测资料地区借助天气发生器模拟气象数据,实现不同时空尺度水文过程模拟,在很多国家及地区得到广泛应用,在晋江[18]㊁祁连山[19]㊁渭河[20]等地相关学者就水源涵养开展了相关分析与研究㊂S WA T-C U P是用于校准S WA T模型的开源程序,该程序将5种算法链接到S WA T模型,其中S U F I-2算法在大型模型校正中发现非常有效[21]㊂2.1.2 C A-M a r k o v模型 C A(c e l l u l a r a u t o m a t a)模型由U l a n和N e u m a n n提出,1965年H a g e r s t r a n d 将C A模型引入地理学研究中,能将局部规则演变,对系统时空演变具有较强的模拟能力㊂M a r k o v模型由马尔可夫(A n d r e y M a r k o v)发现并命名,M a r k o v模型在地理学主要应用于地理事件的预测,具有无后效性空间概率栅格矩阵㊂C A模型结合M a r k o v模型在土地利用模拟与预测方面在石羊河[22]㊁向海湿地[23]㊁京津冀[24]等地都有成功应用㊂2.2S W A T模型设置由D E M生成河网,经反复调试,河流最小汇水面积500h m2,土地利用㊁土壤类型及坡度阈值设定为13%,20%和20%时,能够较为准确地刻画研究区水文特征,最终生成的275个子流域和1285个H R U (水文响应单元),H R U(水文响应单元)作为S WA T 模型水文模拟最小单元,同一个H R U地形坡度㊁土地利用㊁土壤类型相同㊂基于S WA T模型水源涵养量模拟分为2部分:第1部分,1959 2013年N E X-G D D P-C M I P6数据集9个气候模式月流量模拟能力评估,1959 1961年为模型预热期,1962 1990年为模型率定期, 1991 2013年为模型验证期;第2部分,2023 2050年未来水源涵养量预测㊂采用S WA T-C U P[25]对月均流量数据进行参数自动率定,选取15个与流量相关的参数参与参数率定验证,具体参数见表1㊂表1S W A T-C U P参数率定取值范围序号变量名变量定义最小值最大值1r__C N2.m g t S C S径流曲线值-0.50.5 2v__A L P HA_B F.g w基流系数01 3v__GW_D E L A Y.g w地下水迟滞系数30450 4v__GWQMN.g w基流产生阈值01000 5r__S O L_AWC().s o l土壤可供水量-0.50.5 6r__S O L_K().s o l土壤饱和导水率-0.50.5 7v__E P C O.h r u植被蒸腾吸水调节因子01 8v__GW_R E V A P.g w地下水再蒸发系数01 9v__R E V A P MN.g w发生上行补给的水位阈值0500 10v__E S C O.h r u土壤蒸发深度调节因子0.11 11r__HR U_S L P.h r u平均坡度-0.50.5 12v__C H_N2.r t e主河道漫宁系数0.00.3 13r__S L S U B B S N.h r u平均坡长-0.50.5 14v__C H_K2.r t e平均有效水力传导率050 15v__S U R L A G.b s n地表径流滞后系数0.0524 2.3研究方法2.3.1水源涵养量计算方法在定量表征水源涵养822水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.量计算方法中,除水量平衡计算方法外,其他计算方法都存在一定不足[26]㊂水量平衡法仅考虑流域生态系统流入和流出,认为生态系统降水量减去蒸散发量以及其他消耗水量的差值即为该系统水源涵养量[27-28]㊂模型水源涵养量计算方法为:W =P -E -R (1)式中:W 为水源涵养量(m m );P ㊁E 和R 为分别为降水量(m m )㊁实际蒸散发量(m m )和地表径流深(m m )㊂2.3.2 未来土地利用预测 采用C A -M a r k o v 模型模拟灞河流域2035年土地利用具体方案设置为(1)数据预处理:D E M ㊁坡度㊁3期土地利用㊁河流数据,投影为K r a s o v s k y _1940_A l b e r s ,数据原始T I F F 格式,空间分辨率30mˑ30m ,1990年㊁2005年㊁2020年土地利用空间范围相同,由T I F F 转为A s c l l 格式导入I D R I S I S e l v a 平台㊂(2)转移矩阵:选择灞河流域1990年和2005年2期土地利用数据,通过M a r k o v 模型获取1990 2005年土地利用面积转移矩阵㊂基于C A -M a r k o v 模型以2005年为模拟起始年份,面积转移矩阵为土地利用空间转移概率,预测2020年土地利用㊂2020年预测的土地利用与实测土地利用相比较,计算K a p p a 系数,如果K a p p a 系数>0.85,预测结果比较理想㊂通过K a p p a 系数检验,在此基础上,选择2005年和2020年土地利用,基于M a r k o v 模型获取2005 2020年土地利用面积转移矩阵,以2020年作为起始年,预测2035年土地利用㊂(3)转换规则:选择5ˑ5摩尔领域滤波器,迭代次数选择为10㊂2.4 模型评价方法决定系数(R 2)主要判断水文模型模拟结果变化趋势,效率系数(N S E )主要判断水文模型模拟结果拟合程度㊂以上2个参数作为S WA T 模型月流量率定评价指标㊂R 2主要判断水文模型模拟结果变化趋势,N S E 主要判断水文模型模拟结果拟合程度㊂R 2计算公式为:R 2=[ðiQ m ,i (-Q m )ˑ(Q s ,i -Q s )]2ði(Q m ,i -Q m )2ˑði(Q s ,i -Q s )2(2)N S E 计算公式为:N S E =1-ði(Q m -Q s )2iði(Q m ,i -Q m )2(3)式中:Q 为径流值变量(mm );Q m 和Q s 分别为观测值和模拟值(mm );Q m 和Q s 为径流平均观测值和模拟值(mm );i 表示第i 次的观测或者模拟㊂选取K a p pa 系数作为C A -M a r k o v 模型土地利用准确度评价指标,评价方法公式[29]为:k =p 0-p e1-p e(4)式中:p 0=(对角线元素之和)/(整个矩阵元素之和)p e =(ði 第i 行元素之和ˑ第i 列元素之和)/(ð矩阵所有元素)23 结果与分析3.1 灞河流域N E X -G D D P -C M I P 6数据集月流量及降水指数模拟能力评估3.1.1 N E X -G D D P -C M I P 6数据集月流量模拟能力评估 研发N E X -G D D P -C M I P 6数据集目的是提供一套全球㊁高分辨率㊁经偏差校正的气候变化预测,该气候变化预测可用于评估气候变化对更精细尺度的影响㊂偏差校正空间分解(B C S D )方法生成的N E X -G D D P -C M I P 6数据集空间分辨率更高,并且与历史气候记录相比模拟数值更加一致[30]㊂数据集包含35个C M I P 6G C M 模式,1950 2014年是每个模式的历史试验,2015 2100年是每个模式的气候预测㊂不同的共享社会经济路径形成未来气候辐射强迫幅度的典型浓度路径[31]㊂王倩之等[32]㊁李金洁等[33]㊁夏松等[34]㊁田晶等[35]基于N E X -G D D P 降尺度数据集对中国极端降水和温度等能力进行评估,根据评估结果,本文选择模拟结果比较好的9个气候模式对灞河流域流量进行模拟评估㊂气候模式见表2,N E X -G D D P -C M I P 6数据集9个气候模式空间分辨率均为0.25ʎˑ0.25ʎ,根据评估结果选择模拟能力较强的气候模式作为未来水源涵养模拟预测气候数据集㊂表2 N E X -G D D P -C M I P 6气候模式N E X -G D D P -CM I P 6模式名称国家N E X -G D D P -CM I P 6模式名称国家A C C E S S -CM 2澳大利亚G F D L -E S M 4美国A C C E S S -E S M 1-5澳大利亚M I R O C 6日本B C C -C S M 2-MR 中国M P I -E S M 1-2-HR德国C a n E S M 5加拿大N E S M 3中国F G O A L S -g 3中国蓝田气象站点空间地理位置为109.317ʎE ,34.167ʎN ,选择与蓝田气象站点空间地理位置最接近的栅格作为月均流量模拟模型输入数据集,栅格空间地理位置为109.375ʎE ,34.125ʎN ㊂历史时期月均流量模拟时间段为1959 2013年,其中1959 1961年为S WA T 模型预热期,1962 1990年为率定期,1991 2013年为验证期㊂R 2和N S E 作为气候模式月均流量模拟能力评估指标,不同气候模式月均流量模拟能力见表3㊂9个气候模式R 2和N S E 值为0左右,表示月均流量模型模拟结果变化趋势和拟合程度都接近观测值平均水平,总体比较可信㊂A C C E S S -922第5期 王辉源等:未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响Copyright ©博看网. All Rights Reserved.C M2㊁A C C E S S-E S M1-5㊁C a n E S M5㊁F G O A L S-g3㊁G FD L-E S M4㊁M I R O C6和M P I-E S M1-2-H R气候模式月均流量模拟R2或N S E值低于0,B C C-C S M2-M R和N E S M3气候模式月均流量模拟R2和N S E值高于0,B C C-C S M2-M R和N E S M3气候模式月均流量模拟优于其他气候模式,N E S M3气候模式月均流量模拟R2或N S E值高于B C C-C S M2-M R气候模式, N E S M3气候模式相比其他气候模式具有较优的月均流量模拟能力㊂不同气候模式对径流的模拟见图2㊂各气候模式历史时期月均流量模拟都低估极端流量,观测的月均流量最大值为125.0m3/s,多年月均流量均值为14.47m3/s,各气候模式月均流量模拟最大值为43.98~72.89m3/s,均值为10.06~12.47m3/s㊂A C C E S S-C M2气候模式在验证期月均流量模拟的最低值小于观测值,其他气候模式月均流量模拟的最低值高于观测值㊂表3不同气候模式月均流量模拟能力气候模式率定期R2N S E验证期R2N S EA C C E S S-CM20.07-0.050.140.05A C C E S S-E S M1-50.08-0.030.03-0.04B C C-C S M2-MR0.1000.100.06C a n E S M50.04-0.110.040.01F G O A L S-g30.140.040.03-0.04G F D L-E S M40.06-0.030.02-0.10M I R O C60.140.050.03-0.03 M P I-E S M1-2-HR0.09-0.050.130.06N E S M30.210.160.080.03图2不同气候模式月均流量模拟3.1.2 N E X-G D D P-C M I P6数据集N E S M3气候模式极端降水能力评估因N E S M3气候模式有较高的月均流量模拟能力,选择N E S M3气候模式数据集作为水源涵养预测模型输入数据㊂降水量与水源涵养量息息相关,降水量是影响水源涵养量最主要的因素㊂N E S M3气候模式不同尺度降水模拟能力见表4㊂年尺度和日尺度降水数据与观测值比较,R2和N S E值为0,年尺度和日尺度模拟的降水数据接近观测值的平均水平,年尺度降水数据模拟能力略微低于日尺度㊂月尺度降水数据模拟能力R2和N S E分别为0.337和0.215,具有较高的模拟能力,说明N E S M3气候模式不同月份降水与观测值比较相符㊂森林水源涵养功能其中一个重要功能就是 削峰补枯 ,在极端降水情况下森林的枯枝落叶层和土壤层像 海绵体 一样能够将地表水转化为土壤水,在枯水期增加地表流量,森林水源涵养功能具有强大的降水储存和径流调节能力㊂本文采用3个指标(C D D持续干燥指数,日降水量<1m m的最长连续日数天;R50强降水日数,每年日降水量ȡ50mm的总日数;R20强降水日数,每年日降水量ȡ20mm的总日数)对灞河流域N E S M3气候模式极端降水模拟能力进行评估㊂由图3可知,N E S M3气候模式1959 2013年C D D多年平均值为87.64天,远大于观测值的44.45天,模式高估持续干燥天数,气候模式年际C D D变化幅度与实际观测值并不同步,但无论是气候模式的还是实际观测值年持续干燥天数都趋于增加㊂由图4可知, N E S M3气候模式1959 2013年R50和R20多年平均值分别为0.04,3.65天,远低于观测值的0.98,9.98天,N E S M3模式低估极端降水情况,尤其是R50指数,但气候模式的R50和R20指数年际变化趋势与观测值变化趋势一致㊂表4 N E S M3气候模式不同尺度降水模拟能力不同尺度降水R2N S E年尺度0.026-0.241月尺度0.3370.215日尺度0.005-0.074 3.2基于C A-M a r k o v未来土地利用预测模拟的2020年和2035年土地利用见图5㊂为了预测2023 2050年水源涵养量,需确定2035年土地利用㊂选择1990年㊁2005年和2020年3期灞河流域遥感监测的土地利用作为基础数据,采用M a r k o v模型计算1990 2005年土地利用面积转移矩阵,在此基础上通过C A-M a r k o v模型计算预测2020年的土地利用,实测的2020年土地利用与预测的2020年土032水土保持学报第37卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.地利用相比较,基于I D R I S I S e l v a17平台c r o s s t a b模块, K a p p a系数为0.8651,当K a p p a系数>0.85时,表明具有较好的一致性㊂1990年和2005年耕地㊁林地㊁草地和建设用地面积分别占流域面积的36.49%,21.59%, 35.05%,5.14%和35.35%,21.58%,34.98%,6.35%,15年间建设用地面积增加最大,约30.20k m2,耕地面积减少最多,约28.49k m2㊂基于1990 2005年的转移矩阵,预测2020年的土地利用,耕地面积进一步减少,建设用地面积进一步增加㊂预测的2020年土地利用和实际2020年土地利用变化趋势一致,但变化幅度有所差别,预测的建设用地面积比实际多94.12k m2,预测的耕地面积比实际少33.59k m2,建设用地一般在河流的中游和下游,地形平坦,土地肥沃,灞河流域中下游建设用地扩张一般占用的是建设用地周围耕地㊂2020年模拟的土地利用与实际土地利用不符合区域,主要分布在灞河与渭河交汇处㊁灞河干流沿线㊁白鹿原塬面居民点周边等㊂通过K a p p a系数检验后,选择2005 2020年土地利用计算面积转移矩阵,预测2035年土地利用,2035年耕地㊁林地㊁草地和建设用地面积分别占流域面积的33.06%,21.76%,32.63%和10.67%㊂耕地㊁林地和草地面积分别减少1.64%,0.21%和0.96%,建设用地面积增加2.68%㊂图3N E S M3气候模式C D D 年际变化图4N E S M3气候模式R50和R20年际变化图5灞河流域实测模拟土地利用、模拟与实测不同区域3.3气候及土地利用变化情景下灞河流域未来水源涵养量预测3.3.1 N E S M3气候模式不同情景下2023—2050年年降水量 S h a r e dS o c i o-E c o n o m i cP a t h w a y s(S S P s)共享社会经济路径提供未来社会经济发展的5个不同情景,R e p r e s e n t a t i v eC o n c e n t r a t i o nP a t h w a y(R C P)典型浓度排放路径来刻画未来情景下人类活动的影响㊂本文选择3个情景,分别为严格环保政策下的低碳排放量情境(S S P126)㊁中等环保政策下的中等碳排放量情境(S S P245)和宽松的环保政策下的高碳排132第5期王辉源等:未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响Copyright©博看网. All Rights Reserved.放量情境(S S P 585)㊂以2023 2050年降水量数据为例(图6),N E S M 3气候模式s s p 126㊁s s p 245和s s p585降水量年际变化并不同步,降水量相对变率相差较大㊂s s p126㊁s s p 245和s s p585降水量多年平均值分别为670.27,686.06,690.07mm ,宽松的环保政策下和高碳排放量情景下降水量较多㊂s s p 126㊁s s p 245和s s p 585降水量年际变幅分别为432.93,537.08,613.19mm ,高碳排放量情景下降水量年际变化幅度较大,极端降水可能进一步增加㊂图6 N E S M 3气候模式不同S S P s +R C P2023-2050年年降水量3.3.2 气候及土地利用变化情景下2023—2050年流域水源涵养量 灞河流域2023 2050年年际水源涵养量见图7㊂图6和图7清晰表明不同情景下年降雨量与年水源涵养量年际变化趋势一致,一般情况下水源涵养量与降水量呈正比,与蒸散发量呈反比,降水量大的年份水源涵养量值也比较大㊂s s p 126㊁s s p 245和s s p585气候变化叠加土地利用变化,2023 2050年多年平均水源涵养量分别为207.45,219.00,221.02m m ,2023 2050年水源涵养量年变化趋势分别为-3.50,-2.50,-0.03mm /a ,土地利用和气候变化叠加背景下未来水源涵养量都呈下降趋势㊂图7 灞河流域2023-2050年水源涵养量3.4 不确定分析与讨论水资源是区域经济社会发展的最大刚性约束,从加强水资源管理角度出发,对区域水资源科学㊁准确㊁定量评估是很有必要的㊂水源涵养量是水资源的重要组成部分,科学量化水源涵养功能,定量表征水源涵养量是落实最严格水资源管理的重要数据依据㊂目前,针对水源涵养功能的研究主要集中在大尺度,但尺度转化问题制约水源涵养功能研究,加强对城镇和小流域尺度水源涵养功能研究有利于验证及推动大尺度水源涵养功能研究㊂基于S W A T 模型水量平衡公式研究水源涵养功能目前较少㊂S W A T 模型虽然具有物理过程基础㊁输入数据易于获取㊁输出结果可视化㊁可以长时间序列模拟等优点㊂但是S W A T 模型以H R U (水文响应单元)为最小模拟单元,视每一个H R U 内水量平衡过程具有一致性㊂灞河流域地貌类型多样,地形起伏较大,建立H R U 弱化地形变化,地形起伏度越大,该问题越突出[36]㊂水源涵养功能是地形㊁地貌㊁植被㊁降水㊁土壤等综合作用的结果,基于S W A T 模型计算水源涵养量应加强地形对水源涵养量方面的研究㊂N E X -G D D P 高分辨率统计降尺度数据集拓展气候数据应用空间范围,较精细尺度空间气候预测与应用成为可能㊂N E X -G D D P -C M I P 6对气候变化空间分布范围刻画上优于C M I P 5直接输出结果,但对极端天气事件出现的强度预估能力存在明显不足㊂N E X -G D D P 数据集N E S M 3气候模式比其他8个气232水土保持学报 第37卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.候模式具有较高的流量模拟能力,但相比于观测值流量模拟值接近平均水平,N E S M3气候模式1959 2013年强降水模拟值远低于观测值,基于N E S M3气候模式计算的水源涵养量值比实际结果低㊂因缺少长序列山地气象观测数据,本次研究未评估N E S M3气候模式在灞河流域空间范围方面的应用㊂基于C A-M a r k o v模拟土地利用变化应用频率较高,一般情况山地土地利用模拟精度高于丘陵,丘陵高于平原,主要是因为平原区域建设用地面积大于丘陵和山地,人为干扰剧烈,政策影响对建设用地时空分布影响较大㊂C A-M a r k o v模型计算预测灞河流域2020年的土地利用,实测的2020年土地利用与预测的2020年土地利用相比较,K a p p a系数为0.8651,当K a p p a系数>0.8时,表明具有较好的一致性㊂灞河下游地势起伏较低,地形平坦,企业㊁居民点㊁城镇等分布密集,土地利用模拟值与观测值相差较大,基于历史时期建设用地扩展速度C A-M a r k o v模型计算的建设用地面积大于实际值㊂4结论2022年出台‘中华人民共和国黄河保护法“推进水资源节约集约利用,全方位贯彻 以水定城㊁以水定地㊁以水定人㊁以水定产 ,把水资源作为刚性约束,实现人水和谐共生㊂较高尺度水源涵养功能研究是落实 四水四定 政策的重要数据基础,也是研究水源涵养功能不同尺度之间转化的一个重要突破口㊂科学量化变化环境下城镇或小流域未来水源涵养量是水资源管理㊁水利规划和水生态保护等工作的重要基础㊂本文基于高分辨率统计降尺度数据集(N E X-G D D P-C M I P6),采用C A-M a r k o v模型预测未来2035年灞河流域土地利用类型,通过S WA T模型水量平衡计算方法定量评估未来变化环境下水源涵养量,主要结论为:(1)N E X-G D D P-C M I P6高分辨率数据集N E S M3气候模式相较A C C E S S-C M2㊁A C C E S S-E S M1-5㊁C a n E S M5㊁F G O A L S-g3㊁G F D L-E S M4㊁M I R O C6㊁M P I-E S M1-2-H R和B C C-C S M2-M R气候模式有较强的月流量模拟能力,各个气候模式历史时期月均流量模拟存在低估极端月均流量的情况㊂(2)N E S M3气候模式不同尺度降水模拟能力存在较大差异,年尺度和日尺度模拟的降水数据接近观测值的平均水平,年尺度降水数据模拟能力略微低于日尺度,月尺度降水数据模拟能力R2和N S E分别为0.337和0.215,具有较高的模拟能力㊂(3)1959 2013年N E S M3气候模式C D D多年平均值为87.64天,远大于观测值的44.45天,R50和R20多年平均值分别为0.04,3.65天,远低于观测值的0.98, 9.98天,模式低估极端降水情况,高估持续干燥天数㊂(4)实测的2020年土地利用与预测的2020年土地利用相比较,K a p p a系数为0.8651,表明C A-M a r k o v模型在灞河流域土地利用变化方面具有较好的适用性㊂通过K a p p a系数检验后,选择2005 2020年土地利用计算面积转移矩阵,预测2035年的土地利用㊂2035年耕地㊁林地㊁草地和建设用地面积分别占流域面积的33.06%,21.76%,32.63%和10.67%㊂与2020年土地利用相比,2035年耕地㊁林地和草地分别减少1.64%, 0.21%和0.96%,建设用地增加2.68%㊂(5)灞河流域2023 2050年s s p126㊁s s p245和s s p585情景下2023 2050年多年平均水源涵养量分别为207.45,219.00,221.02m m,s s p126㊁s s p245和s s p585情景下2023 2050年水源涵养量年变化趋势分别为-3.50,-2.50,-0.03m m/a,在土地利用和气候变化叠加背景下未来水源涵养量均呈下降趋势㊂(6)灞河流域2023 2050年s s p126㊁s s p245和s s p585情景下水源涵养量都呈下降趋势,一定程度上可能给水资源可持续发展带来更大压力,未来需严格落实水资源管理,严控水位水量指标,改善生态系统水源涵养功能,涵养地下水,加强超采区和超载区综合治理,推动流域生态环境复苏㊂中国是全球变化的敏感区,秦岭生态环境脆弱,未来高温㊁强降水等极端天气气候事件趋多㊁趋强,应加强流域河湖岸线管控,提升水生态空间,改善山水林田湖草格局匹配性,宜水则水,宜山则山㊂参考文献:[1]傅伯杰,周国逸,白永飞,等.中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全[J].地球科学进展,2009,24(6):571-576. [2]王云飞,叶爱中,乔飞,等.水源涵养内涵及估算方法综述[J].南水北调与水利科技(中英文),2021,19(6): 1041-1071.[3]吕一河,胡健,孙飞翔,等.水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务[J].生态学报,2015,35(15):5191-5196.[4]中国气象局气候变化中心.中国气候变化蓝皮书(2022)[M].北京:科学出版社,2022.[5] Y a n g D W,Y a n g Y T,X i aJ.H y d r o l o g i c a l c y c l ea n dw a t e r r e s o u r c e s i nac h a n g i n g w o r l d:Ar e v i e w[J].G e-o g r a p h y a n dS u s t a i n a b i l i t y,2021,2(2):115-122.[6] K i t t r e d g e J.F o r e s t I n f l u e n c e s[M].N e wY o r k:M c G r a w-H i l l B o o kC o m p a n y,1948.[7] H o r n b e c k JW,M a r t i nC W,E a g a rC.S u mm a r y o fw a-332第5期王辉源等:未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
不同树种水源涵养能力的研究
分析 不 同林 分类 型 土壤 物理 性 质 ，从 表 １可 以看 出 ，不 同林 分 在 ０～２０ ｃｍ 土层 的 土壤 密度 均 比 ２Ｏ～４０ ｃｍ 土层 处 小 ；而 且 随 着 土层 深 度 的 增加 ，土壤 密 度 也在 不断 加 大 。各 林分 ０～２０ ｃｍ 土层 的 土壤 密度在 ０．６９—１．１４ ｇ／ｃｍ３之 间 。不同 林 分 不 同土 层 土壤 密度 从 大 到小 的排 列顺 序 为 落 叶松 ＞樟 子松 ＞桦树 ＞云杉 。可 见 落叶 松 林 下 土壤 密度 高 于 其他 ３种
不同树种水源涵养能力的研究
不同树种水源涵养能力的研究作者：马成武来源：《现代农业科技》2018年第03期摘要本文采取环刀法对塞罕坝机械林场4种不同树种涵养水源的能力进行研究。
结果表明，不同林分0～20 cm土层土壤密度比20～40 cm处小，而且随着土层深度的增加，土壤密度也在不断加大，各林分0～20 cm土层的土壤密度在0.69～1.14 g/cm3之间；不同林分不同土层土壤密度从大到小排列顺序为落叶松>樟子松>桦树>云杉；随着土层深度增加，土壤总孔隙度减小，落叶松、樟子松、桦树及云杉各土层土壤总孔隙度变化范围为48.6%～70.2%，不同林分类型土壤平均总孔隙度从小到大排列顺序为落叶松桦树>樟子松>落叶松，不同土壤层次持水量表现为上层土壤高于下层土壤，这种规律在非毛管持水量中表现明显。
关键词树种；涵养水源；土壤；持水量中图分类号 S715 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）03-00148-01森林生态系统的重要功能是涵养水源，森林植物群落水源涵养功能主要是林冠层、枯枝落叶层和土壤层对降水进行再分配的过程。
不同林分类型因组成树种生物学特性和林分结构不同，其涵养水源的能力存在差异。
塞罕坝地区林地面积有7.07万hm2，境内森林覆盖率达75.2%，主要有落叶松、樟子松、白桦、云杉等。
因此，分析各种树种涵养水源的能力具有重要的现实意义。
1 研究内容与方法1.1 研究区概况研究区主要分布在河北省面积最大的人工林场——塞罕坝机械林场。
该林区属寒温带大陆性季风气候区，气候寒冷且冬季较长，春、秋季相对较短，夏季不明显。
多年平均气温为-1.4 ℃，年极端最高气温30.9 ℃，年极端最低气温 -42.8 ℃；年平均降水量为435 mm，而蒸发量高达1 230 mm，约是年平均降水量的3倍；年平均无霜期仅60 d，积雪时间长达7个月，占据全年的7/12；年平均日照时数2 368 h。
1.2 研究方法1.2.1 取样。
森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法
森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法王晓学;沈会涛;李叙勇;景峰【摘要】近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑.从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征.从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量.同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水；在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流.大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究.建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法.就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法.研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法；2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)004【总页数】12页(P1019-1030)【关键词】森林水源涵养功能;多尺度;生态水文;水量平衡;生态系统服务功能【作者】王晓学;沈会涛;李叙勇;景峰【作者单位】中国科学院生态环境研究中心城市与区域国家重点实验室,北京,100085;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心,石家庄,050021;中国科学院生态环境研究中心城市与区域国家重点实验室,北京,100085;中国国际工程咨询公司,北京100048【正文语种】中文自1997年生态系统服务概念引进我国以后，国内关于生态系统服务功能研究的文章数量呈现指数级上升，其中以森林生态系统研究居多。
森林涵养水源量研究精品资料
2.1数据来源
文章数据来源于内蒙古大兴安岭森工集团第3次（1994―1998年）、第4次（1999―2003年）和第5次（2004―2008年）复查数据。其中，包含了按林种和林组进行的基本指标监测与调查数据。同时，部分数据来源于研究机构和人员公开发表的文献资料[9~11]。
2.2研究方法
[13]岳永杰，韩军，李玉柱，等.内蒙古大兴安岭森林涵养水源和保育土壤功能评估[J].中南林业科技大学学报，2013，33（12）：91-95.李春晓等：俄罗斯醋栗植物学特征研究••93
3结果与分析
对内蒙古大兴安岭不同林种、龄组涵养水源量变化进行统计分析，由表1可知，1994―2008年的15a间内蒙古大兴安岭森林涵养水源量总体呈逐渐增大的变化趋势，即第3次复查<第4次复查<第5次复查，分别为11.386×109t/a、12.328×109t/a和12.388×109t/a，且涵养水源量总体的变化与林种、龄组具有一定的关系。如图1所示，对内蒙古大兴安岭森林不同林种涵养水源量变化进行分析，随着时间的变化，用材林涵养水源量逐渐减小，第4和5次复查减少至第3次复查的37%和32%；对于特用林来说，其涵养水源量则逐渐增加，在第5次复查时增加显著，是第3次复查的1.7倍；防护林涵养水源量在第4次复查时达最大，为7.576×109t/a，高于第5次复查（7.448×109t/a），二者分别是第3次复查的38.3倍与37.6倍。
[4]孙清琳，李延森，郭继凯，等.云和县森林生态系统水源涵养功能评估[J].北京大学学报（自然科学版），2015，51（5）：888.
[5]张丽华，李杰.内蒙古大兴安岭林区森林生态功能评价[J].内蒙古林业调查设计，2008，34（4）：124-128.
基于生态系统质量的水源涵养服务评估——以西南五省为例
３８卷第６期８１６～８２８页２０２０年１２月 山 地 学 报ＭＯＵＮＴＡＩＮＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．６ｐｐ８１６～８２８Ｄｅｃ．，２０２０收稿日期（Ｒｅｃｅｉｖｅｄｄａｔｅ）：２０２０－０８－１８；改回日期（Ａｃｃｅｐｔｅｄｄａｔｅ）：２０２０－１２－２０基金项目（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｔｅｍ）：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０５０２１０２）。
［ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｊｅｃｔ（２０１６ＹＦＣ０５０２１０２）］作者简介（Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ）：沈钰仟（１９９６－），女，湖南常德人，硕士研究生，主要研究方向：生态系统服务评估。
［ＳＨＥＮＹｕｑｉａｎ（１９９６－），ｆｅｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＣｈａｎｇｄｅ，Ｈｕｎａｎｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｍ．Ｓｃ．ｃａｎｄｉｄａｔｅ，ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｅｒｖｉｃｅｓ］Ｅ ｍａｉｌ：ｓｈｅｎｙｕｑｉａｎ０５２１＠１２６．ｃｏｍ通讯作者（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ）：肖邁（１９７２－），女，副研究员，主要研究方向：生态系统评估及信息系统开发。
［ＸＩＡＯＹｉ（１９７２－），ｆｅｍａｌｅ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ，ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｉｎｅｃｏｓｙｓｔｅｍａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ］Ｅ ｍａｉｌ：ｘｉａｏｙｉ＠ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎ文章编号：１００８－２７８６－（２０２０）６－８１６－１３ＤＯＩ：１０ １６０８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００８－２７８６．０００５５８基于生态系统质量的水源涵养服务评估———以西南五省为例沈钰仟１，２，肖邁１，欧阳志云１，张平３（１．中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京１０００８５；２．中国科学院大学资源与环境学院，北京１０００４９；３．西安工程大学环境与化学工程学院，西安７１００４８）摘 要：水源涵养服务评估是生态系统服务评估的重要内容之一。
森林生态系统水源涵养服务流量过程研究_李士美
第25卷 第4期自 然 资 源 学 报V o l.25N o.4 2010年4月J O U R N A L O F N A T U R A L R E S O U R C E S A p r.,2010 森林生态系统水源涵养服务流量过程研究李士美1,2,谢高地1,张彩霞1,2,盖力强1,2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:基于多年的定位监测数据,研究了亚热带5种森林生态系统水源涵养服务的流量过程。
结果表明,里骆杉木林、西江坪常绿阔叶林的年内林冠截留量曲线呈现单峰型,而宜山龙桥的3种森林生态系统的林冠截留量曲线则呈双峰型。
5种森林生态系统累积林冠截留价值的过程曲线基本一致。
里骆杉木林和西江坪常绿阔叶林的水文调节量变幅较大,而龙桥3种类型的年内水文调节量变幅较小。
5种森林生态系统的月平均水文调节量依次为西江坪常绿阔叶林>里骆杉木林>龙桥柠檬桉马尾松混交林>龙桥马尾松林>龙桥杉木林。
5种森林生态系统水资源供给功能过程曲线呈现与水文调节功能曲线相似的规律,对应的月平均水资源供给量分别是751.92、486.92、332.08、210.50、65.92m3/(h m2·月)。
运用影子价格法计算了累积林冠截留价值、累积水文调节价值和累积水资源供给价值。
根据计算结果,建立了月水文调节量和月水资源供给量与月降水量的回归方程。
关 键 词:生态系统服务;流量;水量平衡法;亚热带森林;水源涵养中图分类号:S718.56;Q149 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2010)04-0585-09森林的水源涵养服务功能是指森林生态系统通过林冠层、枯落物层和土壤层对降水再分配,从而有效涵蓄水分、调节径流的功能。
水源涵养服务是森林生态系统的重要服务功能之一[1-3]。
在全球森林的14项生态系统服务功能中,森林的水源涵养服务占两项,即水文调节和水资源供给[1]。
基于因子与聚类分析的公益林水源涵养效益研究
Calculation on Water Reservation of Public Welfare Forest in China Based on Factor and Hierarchy
Analysis
作者： 李坦 张颖
作者机构： 北京林业大学经济管理学院,北京100083
出版物刊名： 资源开发与市场
页码： 268-271页
年卷期： 2013年 第3期
主题词： 公益林 水源涵养 计量
摘要：为了对我国公益林涵养水源的价值进行研究与管理，为森林生态补偿提供依据，运用成本替代法对各省市公益林水源涵养效益进行了核算，收集全国各省市的公益林面积、降雨量、蒸散量和地表径流量等数据，建立了各省市公益林水源涵养价值核算模型。
结果表明，依
据不同因子将各省市划分为4类，所建立的核算模型具有统计学和经济学意义。
该研究为我国公益林生态效益补偿标准的制定提供了依据与借鉴。
2015秋实验5-水源涵养
实验五水源涵养1实验目的1)学习如何利用景观生态学工具快速评估水源涵养功能。
2)初步分析影响水源涵养功能的重要性因素，初步探讨水源涵养评价方法，有助于建立和完善生态系统服务功能评价体系。
3)为生态系统服务功能评估方法提供一定的思路，以及为考虑生态系统服务功能与人类供求关系的进一步研究提供一定的思路，为政府决策服务。
2导言1）评价水源涵养的重要性生态系统是由生物群落与无机环境构成的统一整体，而生态系统的服务是对人类生存和生活质量有贡献的所有生态系统的产品和服务，而水源涵养是生态系统的重要服务功能之一。
通过对水源涵养功能的定量评价，有助于全面认识水资源不可替代的重要性，对水资源的恢复具有重要的意义。
同时生态功能区划在参与政府管理、指导生态保护和规范生态建起着重要的作用，能够引导区域经济、社会和环境的协调发展。
2）水源涵养评估方法目前生态生态系统服务功能的研究重要集中在价值评估上，通过公示计算不同服务功能，而这些研究主要集中在森林生态系统及草地等，区域层面上的水源涵养研究较少，也没有形成完整的相互联系的理论和水源涵养功能重要性评价体系。
目前主要运用影子工程学方法计算生态系统水源涵养的作用和经济价值；利用影子工程方法处理年降雨量与林冠截留量数据，计算水源涵养效益；水源涵养的价值分解为调节水量、净化水质计算水源涵养效益；区域水量平衡法和土壤蓄水能力评估森林生态系统水源涵养功能。
国内外生态系统水源涵养功能，特别是森林一般是有两种方法研究方法：一种是植被区域水量平衡法，一种是根据植物不同作用层的蓄水力来计算。
本实验将水源涵养功能的重要性因素作为对象，提出基于北京市的水源涵养评价方法，此方法适用于一般生态系统中。
3）水源涵养方程如图1所示，水源涵养=降雨量-蒸散量，本实验利用该方程计算水源涵养能力。
利用降雨量数据在Arcgis9.3做空间插值得出降雨量空间分布图层，利用MOD16蒸散量数据通过Gis处理得出蒸散量空间分布图层，两者做差值得出水源涵养评估图层。
哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析
哀牢山地区生态系统水源涵养功能评估分析
周博奇;段禾祥;李璐;刘彦枫;李林霞;欧光龙
【期刊名称】《西南林业大学学报（自然科学）》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】以哀牢山区域为研究对象,基于水量平衡法对2000年、2010年和2020年的区域生态系统水源涵养功能变化进行科学评估和重要性评价。
结果表明:哀牢山区域生态系统水源涵养能力在空间分布上呈现出了较高的差异性,具体表现为,东南区域最高,中部次之,西北区域最低;2000—2020年,总水源涵养量下降了30%,降水减少是影响哀牢山区域水源涵养量减少的主要因素,在气候暖干化的背景下,哀牢山区域水源涵养功能有进一步下降的可能。
林地是哀牢山区域水源涵养的主体,其水源涵养能力在各生态系统中占比最高,约占研究区域水源涵养总量的2/3。
2000—2020年,哀牢山区域生态系统水源涵养功能主要以一般等级和中等等级为主导,其中中等等级面积显著降低,一般等级面积显著增加。
掌握区域水源涵养功能时空变异特征,为科学评估区域制定生态环境保护决策和优化生态系统管理提供科学依据。
【总页数】8页(P86-93)
【作者】周博奇;段禾祥;李璐;刘彦枫;李林霞;欧光龙
【作者单位】西南林业大学林学院;云南省生态环境科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】Q148
【相关文献】
1.哀牢山常绿阔叶林水源涵养功能及其在应对西南干旱中的作用
2.生态系统水源涵养功能的重要性评价——以皖西大别山森林为例
3.三江源地区生态系统水源涵养功能分析及其价值评估
4.陕西省生态系统水源涵养功能评估分析
5.水源涵养型国家重点生态功能区生态系统服务功能评估
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森林涵养水源生态效益因子的研究方法
森林涵养水源生态效益因子的研究方法
德秋山;丁溪
【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2002(000)011
【总页数】1页(PX023)
【作者】德秋山;丁溪
【作者单位】内蒙古莫尔道嗄森工公司;哈尔滨工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】S718.56
【相关文献】
1.内蒙古赤峰市敖汉旗大五家流域森林涵养水源功能与林分因子的相关性研究 [J], 吴丽芝;高岗;秦富仓;姚云峰
2.区域性森林涵养水源生态效益补偿——以大庆地区为例 [J], 刘晓黎;曹玉昆;国洪飞
3.森林涵养水源生态效益的研究方法 [J], 侯月松;杨兆良
4.森林水源涵养生态效益的估算与评价研究 [J], 翟畅;胡润田;范文义
5.用灰色关联度法评价森林涵养水源生态效益——以辽东山区主要森林类型为例[J], 张德成;殷鸣放;魏进华
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