留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

孙倩莹 高艳妮 张林波 王昊 李凯

孙倩莹, 高艳妮, 张林波, 王昊, 李凯. 基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估[J]. 环境科学研究, 2019, 32(1): 66-73. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.15
引用本文: 孙倩莹, 高艳妮, 张林波, 王昊, 李凯. 基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估[J]. 环境科学研究, 2019, 32(1): 66-73. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.15
SUN Qianying, GAO Yanni, ZHANG Linbo, WANG Hao, LI Kai. Assessment of Ecological and Hydrological Regulation Service of Land Use in Xiamen City[J]. Research of Environmental Sciences, 2019, 32(1): 66-73. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.15
Citation: SUN Qianying, GAO Yanni, ZHANG Linbo, WANG Hao, LI Kai. Assessment of Ecological and Hydrological Regulation Service of Land Use in Xiamen City[J]. Research of Environmental Sciences, 2019, 32(1): 66-73. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.15

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.15
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFC0500205

国家自然科学基金委青年科学基金项目 41501381

国家生态文明试验区(福建)项目 

详细信息
    作者简介:

    孙倩莹(1993-), 女, 河南商丘人, 助理研究员, 硕士, 主要从事生态系统水文调节服务评估, sunqy@craes.org.cn

    通讯作者:

    张林波(1969-), 男, 山东日照人, 研究员, 博士, 博导, 主要从事城市和区域生态领域研究, zhanglb@craes.org.cn

  • 中图分类号: X43

Assessment of Ecological and Hydrological Regulation Service of Land Use in Xiamen City

Funds: 

National Key Research and Development Program of China 2016YFC0500205

National Natural Science Foundation of China 41501381

National Ecological Civilization Pilot Zone (Fujian Province) Program, China 

  • 摘要: 生态系统具有重要的水文调节服务,通过对降水截留、过滤、吸收等手段,能够起到削峰补枯、缓和地表径流、增加地下径流的作用.以厦门市为研究对象,采用SWAT(soil and water assessment tool)水文模型评估了2015年厦门市生态系统水文调节服务;以土地利用为驱动变量,对2010年厦门市生态水文调节服务进行了评估,分析近年来厦门市加快城市绿化和海绵城市建设背景下土地利用变化对厦门市生态水文调节服务的影响.结果表明:2015年厦门市生态水文调节量为5.43×108 m3,时空差异较为明显.从各辖区来看,位于北部山区的同安区调节量(2.91×108 m3)最高,单位面积生态水文调节量(44.61×104 m3/km2)亦最高;建成区内的湖里区调节量和单位面积调节量均最低.从年内分布来看,5—9月生态水文调节量占全年的84.96%,生态系统有效减缓了径流输出,起到削峰的作用;10—11月,生态系统通过拦蓄降水,将其转换为土壤水和地下径流,使得该时期的实际径流大于潜在径流,起到补充枯期径流的作用.在相同气象条件下,2010年和2015年厦门市生态水文调节能力的空间分布整体一致,相比于2010年,2015年厦门市生态水文调节能力有明显提高,各辖区调节量和单位面积调节量均有所增加.研究显示,厦门市生态水文调节服务受气象条件和土地利用的共同作用,降水量越大,生态水文调节量越大,并且北部高植被覆盖区的生态水文调节能力高于南部建成区.

     

  • 图  1  2010年和2015年厦门市土地利用类型重分类结果

    Figure  1.  Spatial distribution of land use reclassification in Xiamen City in 2010 and 2015

    图  2  厦门市水系及气象站和水文站分布

    Figure  2.  Distribution of meteorological stations and hydrological stations in Xiamen City

    图  3  五丰和造水站月径流过程实测值与模拟值比较

    Figure  3.  Observed and simulated monthly streamflows of Wufeng and Zaoshui stations

    图  4  2015年厦门市实际径流深和潜在径流深空间分布

    Figure  4.  Spatial distribution of annual and potential runoff depth in Xiamen City in 2015

    图  5  2015年厦门市生态水文径流调节深空间分布

    Figure  5.  Spatial distribution of hydrological regulation runoff depth in Xiamen City in 2015

    图  6  2010年厦门市生态水文径流调节深空间分布

    Figure  6.  Spatial distribution of hydrological regulation runoff depth in Xiamen City in 2010

    表  1  生态水文调节评估所需数据

    Table  1.   Data for ecological hydrological regulation assessment

    数据名称 数据类型 数据精度和范围 数据来源
    DEM数据 栅格 5 m×5 m 厦门市国土资源与房产管理局
    土地利用数据 栅格 30 m×30 m 厦门市国土资源与房产管理局
    土壤类型图 栅格 1:1000 000 HWSD(Harmonized World Soil Database)土壤数据库
    气象数据 表格 d,2个站点,1985—2015年 中国气象共享网
    降水数据 表格 d,24个站点,2009—2015年 《中国水利统计年鉴》
    径流数据 表格 月,2个站点,2009—2015年 《中国水利统计年鉴》
    下载: 导出CSV

    表  2  2010年和2015年厦门市土地利用类型重分类

    Table  2.   Land use reclassification results of Xiamen City in 2010 and 2015

    土地利用类型 面积占比/%
    原分类 重分类 SWAT代码 2010年 2015年
    阔叶林 森林 FRST 27.15 27.15
    针叶林
    针阔混交林
    稀疏林
    灌木林 灌木林 RNGB 0.33 0.33
    草地 草地 PAST 0.17 0.26
    滩涂 水体 WATR 5.97 5.19
    水域及水利设施
    耕地 耕地 AGRL 14.65 12.97
    园地 园地 ORCD 9.26 8.95
    居住地 城镇用地 URBN 29.94 28.96
    采矿用地
    交通运输用地
    城市绿地 城市绿地 GRLD 10.73 14.58
    其他用地 裸地 BARR 1.81 1.60
    下载: 导出CSV

    表  3  2015年厦门市各辖区生态水文调节服务

    Table  3.   Ecological hydrological regulation results over different districts in Xiamen City in 2015

    辖区 降水量/ (108 m3) 径流量/ (108 m3) 潜在径流量/ (108 m3) 生态水文调节量/ (108 m3) 单位面积生态水文调节量/ (104 m3/km2) 生态水文调节比例/ %
    海沧区 2.59 1.22 1.66 0.44 25.89 17.03
    湖里区 0.86 0.45 0.49 0.04 6.20 4.96
    集美区 4.42 2.17 2.83 0.66 25.93 14.87
    思明区 0.91 0.39 0.52 0.14 18.29 15.24
    同安区 12.20 5.88 8.79 2.91 44.61 23.85
    翔安区 5.07 2.16 3.40 1.24 36.67 24.48
    下载: 导出CSV

    表  4  2015年厦门市各月生态水文调节服务

    Table  4.   Ecological hydrological regulation results among months in Xiamen City in 2015

    108 m3
    月份 实际径流量 潜在径流量 生态水文调节量
    1 0.21 0.32 0.13
    2 0.11 0.16 0.05
    3 0.10 0.14 0.04
    4 0.29 0.51 0.22
    5 2.78 4.35 1.57
    6 1.04 1.41 0.37
    7 1.88 2.86 0.97
    8 2.42 3.52 1.10
    9 1.63 2.23 0.60
    10 0.31 0.18 -0.12
    11 0.12 0.10 -0.02
    12 1.37 1.89 0.52
    下载: 导出CSV

    表  5  2010—2015年厦门市各辖区重分类土地利用类型面积变化量

    Table  5.   Land use changes for different districts in Xiamen City during 2010-2015

    km2
    辖区 各重分类土地利用类型面积变化量
    森林 灌木林 园地 草地 耕地 城市绿地
    海沧区 0 0 -0.02 0 -1.37 8.33
    湖里区 0 0 0 0.01 -0.21 8.32
    集美区 -0.02 0 -0.53 0.03 -2.18 11.28
    思明区 0 0 0 0.01 -0.06 6.41
    同安区 0.01 -0.01 -2.46 0.60 -3.97 9.91
    翔安区 0 -0.01 -1.96 0.87 -10.63 15.91
    下载: 导出CSV

    表  6  2010年和2015年厦门市各辖区生态水文调节服务

    Table  6.   Ecological hydrological regulation results for different districts in Xiamen City in 2010 and 2015

    辖区 2010年 2015年 2010—2015年变化量
    生态水文调节量/(108 m3) 单位面积生态水文调节量/(104 m3/km2) 生态水文调节量/(108 m3) 单位面积生态水文调节量/(104 m3/km2) 生态水文调节量/(108 m3) 单位面积生态水文调节量/(104 m3/km2)
    海沧区 0.39 22.76 0.44 25.89 0.05 3.13
    湖里区 0.02 3.36 0.04 6.20 0.02 2.85
    集美区 0.59 23.16 0.66 25.93 0.07 2.77
    思明区 0.12 15.38 0.14 18.29 0.02 2.91
    同安区 2.31 35.38 2.91 44.61 0.60 9.23
    翔安区 1.16 34.30 1.24 36.67 0.08 2.38
    合计 4.58 29.39 5.43 34.83 0.85 5.44
    下载: 导出CSV
  • [1] WILCOX B P, THUROW T L.Emerging issues in rangeland ecohydrology:vegetation change and the water cycle[J].Rangeland Ecology & Management, 2006, 59(2):220-224. http://cn.bing.com/academic/profile?id=ac803bcd76f0d1d1542cc8aecbc81fe4&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [2] PAMUKCU P, ERDEM N, SERENGIL Y, et al.Ecohydrologic modelling of water resources and land use for watershed conservation[J].Ecological Informatics, 2016, 36:31-41. doi: 10.1016/j.ecoinf.2016.09.005
    [3] 秦嘉励, 杨万勤, 张健.岷江上游典型生态系统水源涵养量及价值评估[J].应用与环境生物学报, 2009, 15(4):453-458. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yyyhjswxb200904003

    QIN Jiali, YANG Wanqin, ZHANG Jian.Assessment of ecosystem water conservation value in the Upper Minjiang River, Sichuan, China[J].Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2009, 15(4):453-458. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yyyhjswxb200904003
    [4] 王晓学, 沈会涛, 李叙勇, 等.森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法[J].生态学报, 2013, 33(4):1019-1030. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201304001

    WANG Xiaoxue, SHEN Huitao, LI Xuyong, et al.Concepts, processes and quantification methods of the forest water conservation at the multiple scales[J].Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(4):1019-1030. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201304001
    [5] 崔向慧, 李海静, 王兵.江西大岗山常绿阔叶林生态系统水量平衡的研究[J].林业科学, 2006, 42(2):8-12. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200602002

    CUI Xianghui, LI Haijing, WANG Bing.Water balance of evergreen broad_leaved forest ecosystem in Dagangshan Mountain, Jiangxi Province[J].Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(2):8-12. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lykx200602002
    [6] 贺淑霞, 李叙勇, 莫菲, 等.中国东部森林样带典型森林水源涵养功能[J].生态学报, 2011, 31(12):3285-3295. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201112005

    HE Shuxia, LI Xuyong, MO Fei, et al.The water conservation study of typical forest ecosystems in the forest transect of eastern China[J].Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(12):3285-3295. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201112005
    [7] 邓伟, 刘红, 李世龙, 等.重庆市重要生态功能区生态系统服务动态变化[J].环境科学研究, 2015, 28(2):250-258. http://www.hjkxyj.org.cn/hjkxyj/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150212&flag=1

    DENG Wei, LIU Hong, LI Shilong, et al.Dynamic changes of ecosystem services of Key Ecological Function Areas in Chongqing, China[J].Research of Environmental Sciences, 2015, 28(2):250-258. http://www.hjkxyj.org.cn/hjkxyj/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150212&flag=1
    [8] 刘璐璐, 邵全琴, 刘纪远, 等.琼江河流域森林生态系统水源涵养能力估算[J].生态环境学报, 2013, 22(3):451-457. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2013.03.017

    LIU Lulu, SHAO Quanqin, LIU Jiyuan, et al.Estimation of forest water conservation capacity in Qiongjiang River Watershed[J].Ecology and Environmental Sciences, 2013, 22(3):451-457. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2013.03.017
    [9] GLAVAN M Z, PINTAR M, VOLK M.Land use change in a two-hundred years period and its impact on blue and green water flow in two Slovenian Mediterranean catchments:lesson for the future[J].Hydrological Processes, 2012, 27(26):3964-3980.
    [10] 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. LÜ http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201515028

    Yihe, HU Jian, SUN Feixiang, et al.Water retention and hydrological regulation:harmony but not the same in terrestrial hydrological ecosystem services[J].Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(15):5191-5196. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201515028
    [11] FRANCESCONI W, SRINIVASAN R, PÉREZ-MIÑANA E, et al.Using the soil and water assessment tool (SWAT) to model ecosystem services:a systematic review[J].Journal of Hydrology, 2016, 535:625-636. doi: 10.1016/j.jhydrol.2016.01.034
    [12] FAN M, SHIBATA H, WANG Q.Optimal conservation planning of multiple hydrological ecosystem services under land use and climate changes in Teshio River Watershed, northernmost of Japan[J].Ecological Indicators, 2016, 62:1-13. doi: 10.1016/j.ecolind.2015.10.064
    [13] BUCAŁA A.The impact of human activities on land use and land cover changes and environmental processes in the Gorce Mountains (Western Polish Carpathians) in the past 50 years[J].Journal of Environmental Management, 2014, 138:4-14. doi: 10.1016/j.jenvman.2014.01.036
    [14] WANG Z, LIU Z, SONG K, et al.Land use changes in northeast China driven by human activities and climatic variation[J].Chinese Geographical Science, 2009, 19(3):225-230. doi: 10.1007/s11769-009-0225-7
    [15] TARANTINO C, BLONDA P, PASQUARIELLO G.Remote sensed data for automatic detection of land-use changes due to human activity in support to landslide studies[J].Natural Hazards, 2007, 41(1):245-267. doi: 10.1007/s11069-006-9041-x
    [16] 史晓亮, 杨志勇, 严登华, 等.滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应[J].水科学进展, 2014, 25(1):21-27. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=skxjz201401003

    SHI Xiaoliang, YANG Zhiyong, YAN Denghua, et al.On hydrological response to land-use/cover change in Luanhe River Basin[J].Advances in Water Science, 2014, 25(1):21-27. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=skxjz201401003
    [17] 郝振纯, 苏振宽.土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响[J].水科学进展, 2015, 26(4):491-499. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/skxjz201504005

    HAO Zhenchun, SU Zhenkuan.Effects of land use change on runoff in the typical areas in Haihe River Basin[J].Advances in Water Science, 2015, 26(4):491-499. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/skxjz201504005
    [18] FOHRER N, HAVERKAMP S, ECKHARDT K, et al.Hydrologic Response to land use changes on the catchment scale[J].Physics & Chemistry of the Earth Part B:Hydrology Oceans & Atmosphere, 2001, 26(7/8):577-582. http://cn.bing.com/academic/profile?id=fc8b2c57f4d1cf434badf28d3a41e464&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [19] LI J, TAN S, CHEN F, et al.Quantitatively analyze the impact of land use/land cover change on annual runoff decrease[J].Natural Hazards, 2014, 74(2):1191-1207. doi: 10.1007/s11069-014-1237-x
    [20] FOHRER N, HAVERKAMP S, ECKHARDT K, et al.Hydrologic response to land use changes on the catchment scale[J].Physics & Chemistry of the Earth Part B Hydrology Oceans & Atmosphere, 2001, 26(7/8):577-582. http://cn.bing.com/academic/profile?id=fc8b2c57f4d1cf434badf28d3a41e464&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [21] 孙传芝, 邢世和.厦门市耕地土壤与地力评价[M].北京:中国农业科学技术出版社, 2012.
    [22] LUZIO M, SRINIVASAN R, ARNOLD J G.Integration of watershed tools and SWAT model into BASINS[J].Journal of American Water Resource Association, 2002, 38(4):1127-1141. doi: 10.1111/jawr.2002.38.issue-4
    [23] SAHA P P, ZELEKE K.Rainfall-runoff modelling for sustainable water resources management: SWAT model review in Australia[M]//SETEGN S, DONOSO M.Sustainability of integrated water resources management.Springer International Publishing, 2015: 563-578.
    [24] LEE M, PARK G, PARK M, et al.Evaluation of non-point source pollution reduction by applying best management practices using a SWAT model and QuickBird high resolution satellite imagery[J].Journal of Environmental Sciences, 2010, 22(6):826-833. doi: 10.1016/S1001-0742(09)60184-4
    [25] 白雪, 马克明, 杨柳, 等.三江平原湿地保护区内外的生态功能差异[J].生态学报, 2008, 28(2):620-626. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2008.02.021

    BAI Xue, MA Keming, YANG Liu, et al.Ecological function differences inside and outside the wetland nature reserves in Sanjiang Plain[J].Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(2):620-626. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2008.02.021
    [26] WILLIAMS J R, LASEUR W V.Water yield model using SCS curve numbers[J].Journal of the Hydraulics Division, 1976, 102(9):1241-1253. http://cn.bing.com/academic/profile?id=44f5bd9de54fb5acb25080392ce263d5&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [27] MORIASI D N, ARNOLD J G, LIEW M W V, et al.Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations[J].Transactions of the ASABE, 2007, 50(3):885-900. doi: 10.13031/2013.23153
    [28] SANTHI C, ARNOLD J G, WILLIAMS J R, et al.Validation of the swat model on a large river basin with point and nonpoint sources[J].Jawra Journal of the American Water Resources Association, 2010, 37(5):1169-1188. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=99bb91e5793553741dbde0e40c16d837
    [29] 李士美, 谢高地, 张彩霞, 等.森林生态系统水源涵养服务流量过程研究[J].自然资源学报, 2010, 25(4):585-593. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=CAS201303040000212089

    LI Shimei, XIE Gaodi, ZHANG Caixia, et al.Flow process of water conservation service of forest ecosystem[J].Journal of Natural Resources, 2010, 25(4):585-593. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=CAS201303040000212089
    [30] 龚诗涵, 肖洋, 郑华, 等.中国生态系统水源涵养空间特征及其影响因素[J].生态学报, 2017, 37(7):2455-2462. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201707033

    GONG Shihan, XIAO Yang, ZHENG Hua, et al.Spatial patterns of ecosystem water conservation in China and its impact factors analysis[J].Acta Ecologica Sinica, 2017, 37(7):2455-2462. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/stxb201707033
    [31] 尹云鹤, 吴绍洪, 赵东升, 等.过去30年气候变化对黄河源区水源涵养量的影响[J].地理研究, 2016, 35(1):49-57. doi: 10.3969/j.issn.1004-9479.2016.01.006

    YIN Yunhe, WU Shaohong, ZHAO Dongsheng, et al.Ecosystem water conservation changes in response to climate change in the Source Region of the Yellow River from 1981 to 2010[J].Geographical Research, 2016, 35(1):49-57 doi: 10.3969/j.issn.1004-9479.2016.01.006
  • 加载中
图(6) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  1343
  • HTML全文浏览量:  48
  • PDF下载量:  626
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-15
  • 修回日期:  2018-11-03
  • 刊出日期:  2019-01-25

目录

    /

    返回文章
    返回