景觀格局視角下晉西三川河流域徑流變化歸因分析

雷澤鑫,傅健宇,羅俊杰,曹 磊,*

1 天津大學建筑學院, 天津 300072 2 河海大學水文水資源學院, 南京 210024

黃土高原地區地質地貌條件特殊,由地表徑流沖蝕引發的水土流失與生態失衡等問題突出[1—2]。長久以來,黃土高原徑流變化受到氣候變化和人類活動雙重影響[3]。隨著水土保持與生態建設推進,降水量對于黃土高原地區徑流的影響在逐漸下降；退耕還林還草工程、淤地壩建工程等大規模人類活動[4—5],造成下墊面變化,從而顯著改變了該地區的降雨-徑流關系[6],影響水文循環過程[7]。在大規模人類活動背景下,揭示對下墊面變化對黃土高原地區徑流的影響,是進一步開展水土保持與水資源規劃利用。然而,生態修復與規劃建設的落地實施是以土地空間為基本實施單元。因此,從地理空間角度探究景觀空間格局變化對區域徑流變化的影響,是維持水土保持成果、紓解區域水矛盾的科學依據,也是新時期國土空間規劃的重要導向。

流域是黃土高原自然地貌與水土保持治理的基本空間單元。以流域為范圍,探究土地利用或覆被類型(land use/ land cover, LULC)的空間變化特征有助于準確理解和評價人工活動干擾下的水文響應過程[8]。定量評價流域尺度下氣候變化和下墊面變化對流域徑流變化的影響通常有水文模型和統計學分析兩類方法[9—10]。水文模型建模過程往往需要高分辨率的數據集,且模型校準驗證過程較為繁瑣[11]。相比之下,在有長期水文數據記錄的情況下,統計學方法具有一定優勢。我國多位學者[12—14]基于Budyko水熱平衡方程[15]推導出的經驗公式,結合彈性框架的應用[16],對于定量區分氣候與下墊面變化對流域徑流影響計算方便、形式簡潔、科學性強[17—18]。這一方法在黃土高原地區流域徑流變化歸因分析方面得到一定的應用：寧怡楠等[6]、張麗梅等[19]通過應用Budyko方程的彈性公式,得出退耕還林還草工程引起下墊面變化是流域徑流減少的主要因素。畢早瑩等[20]進一步將植被指數NDVI引入Budyko方程,并計算出窟野河流域植被變化對徑流的貢獻率。在一定時間跨度內,流域下墊面的地形與土壤條件相對穩定。因此,上述研究中都將LULC視為下墊面變化的主要影響因素。LULC對徑流變化的影響體現在以下兩個方面：一方面,LULC變化造成曼寧系數等下墊面物理性質變化[21],改變產匯流過程中的流量、峰值及路徑等[22]；另一方面,由LULC形態、比例和鑲嵌關系共同構成的景觀格局[23]改變也會顯著改變流域水文特征。然而,已有研究多從前一方面分析具體植被覆蓋類型或面積造成的徑流變化；對于后者的研究僅局限于從景觀格局指數與徑流變化的直觀分析,證實河川徑流與景觀格局之間存在的必然關聯[8,24]。黃土高原地區流域徑流量變化與景觀格局之間存在的具體空間關聯,仍有待進一步解釋。

作為黃土高原水土流失的嚴重區域與水土治理的典型代表,黃土丘陵溝壑區是開展景觀生態格局變化對徑流影響研究的適當區域。本研究以晉西三川河流域為例,基于景觀生態學“格局-過程”耦合視角,選用Budyko假設下的Choudhury-Yang經驗公式構建彈性框架,通過景觀格局指數表征LULC的圖底空間變化,建立產匯流變化過程與流域景觀空間變化之間的數學模型,對徑流變化進行地理空間層面的歸因分析。通過水文學、景觀生態學的多學科融合方法,從景觀格局的角度量化分析下墊面變化與徑流變化的地理空間關系,探究解釋不同空間尺度景觀鑲嵌關系對徑流變化的影響,為流域水資源管理與水生態規劃提供決策依據。

1 研究區概況

三川河是黃河左岸的一級支流,也是晉西地區匯入黃河的第二大支流,流域面積4161km2。根據流域地貌特征和水文情勢分異,三川河流域可劃分為北川河流域、東川河流域、南川河流域和三川河流域4個水文分區及子流域(圖1)。該流域是黃土丘陵溝壑區中水土流失較為嚴重的區域,1982年被列為全國8個水土保持重點治理流域之一后,隨即開始以“基本農田、水保林、經果林”為主要措施、為期十年(1983—1992年)的流域水土流失綜合治理[25]。因此,以三川河流域為研究對象,探索黃土高原丘陵區流域人類活動引起的下墊面改變及其景觀格局變化和徑流關系具有一定的典型性,同時對于當地生態規劃和建設發展具有一定的現實意義。

圖1 研究區域概況Fig.1 Overview of Sanchuanhe River Basin

2 數據與方法

研究包括四個步驟：(1)通過Mann-Kendall相關檢驗法分析年徑流量變化序列,確定研究期區間；(2)利用Budyko方程分析氣候變化和下墊面變化對于研究期間的年徑流量變化的貢獻；并基于移動窗口函數(moving window),求得5年滑動平均期的經驗參數ω序列；(3)基于1980、1990、2000、2005、2010、2015、2020年的土地利用數據,計算三川河流域及其49個子流域在類型和景觀層次的景觀指數；(4)利用下墊面變化對徑流變化的經驗參數ω序列與景觀指數序列進行相關性分析,并建立逐步線性回歸方程,分析景觀格局變化與徑流變化的潛在空間關聯。

2.1 數據來源

分析數據包括三川河流域下游后大成水文站1960—2020年逐月徑流量數據,流域內國家氣象站點離石站的同期逐日氣象數據(降雨量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、日照時數、平均風速等數據)。以上數據分別來源于國家水文年鑒和中國氣象數據網(http://data.cma.cn/)。為了充分反映鐵路建設前后土地利用類型和景觀格局的變化,選取三川河流域所在區域2000、2005、2010、2015、2020年衛星圖像作為研究基礎數據。遙感影像以ASTER和LandSat 7 ETM+數據為主,分辨率為30m。基于我國土地利用分類標準,將研究區土地分為耕地、林地、草地、建設用地和水體5種利用類型。通過ENVI完成遙感影像的監督分類,結合實地調查對解譯數據進行驗證和修正。利用ArcGIS完成影像數據的幾何校正、坐標登記和矢量化。根據隨機抽樣和實地驗證表明,圖像解讀的總體準確率在90%以上。

2.2 研究方法

2.2.1趨勢檢驗

Mann-Kendall相關檢驗法(M-K法)屬于非參數檢驗方法,可以用來檢驗一個時間序列的變化趨勢和識別序列是否有突變點。該方法的優點是不需要樣本遵從一定的分布,也不受異常值的干擾,更適用于類型變量和順序變量,且計算簡單,在檢驗降水、氣溫和徑流等時間序列的趨勢變化和突變等方面應用廣泛[26]。本文采用M-K法對三川河流域的氣象和水文數據的變化趨勢進行顯著性檢驗和突變點檢驗,顯著性水平為0.05。

2.2.2徑流變化貢獻率計算

(1)Budyko水量平衡方程建立

Choudhury-Yang經驗方程反映了在一定的氣候和植被條件下,流域長期的水文氣候特征服從水分和能量平衡原理,表達式如下：

(1)

式中,E是長期平均的年實際蒸散發量(mm),P是長期平均年降水量(mm),E0是長期平均的年潛在蒸散發量(mm),ω為無量綱常數,反映人類活動對流域下墊面影響變化的特征參數。式中認為P、E0和ω是相互獨立的變量。

結合流域長期水量平衡方程P=E+R,長時間尺度上流域徑流量R可以用流域內降水P、潛在蒸散發E0以及與植被有關的經驗參數ω進行描述：

R=f(P,E0,ω)

(2)

(2)徑流變化貢獻量計算

將R與P、E0、ω的變化關系可以表示為全微分形式:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

突變前后的平均徑流深分別表示為R和R′,那么突變前后多年平均徑流深變化可表示為：

ΔR=R′-R

(8)

同時,ΔR也可以用氣象要素變化及流域人類活動變化的影響表示：

ΔR=ΔRP+ΔRE0+ΔRω

(9)

式中,ΔRP為降水變化引起的徑流變化,ΔRE0潛在蒸散發變化引起的徑流變化,ΔRω為人類活動引起的徑流變化。

根據上文中得出的徑流彈性系數表達式,則可得到：

(10)

(11)

ΔRω=ΔR-(ΔRP+ΔRE0)

(12)

式中,ΔP和ΔE0分別為突變前后多年平均降水量和潛在蒸發量的差值,ΔP=P′-P,ΔE0=E0′-E0

降水、潛在蒸散發和人類活動變化對徑流變化的貢獻率β、γ、τ,可通過以下算式得出：

(13)

(14)

(15)

貢獻率為正值說明該因素變化所帶來的徑流效應為正效應,即導致徑流增加,相反為負效應,即導致徑流減少。

(3)人類活動對流域下墊面影響變化的特征參數ω計算

移動窗口是平滑水文序列隨機變化的一種簡單而有效的方法,已被廣泛用于表示序列的非平穩性[27]。為了消除蓄水變化和自然氣候變化影響,采用5年時間窗口的寬度求得年平均徑流量、降水量以及潛在蒸散量。以5年為中心的時間窗內,可以求得Budyko方程中的參數ω以表征不同滑動平均時間內人類活動的變化規律。

2.3 景觀指數選取

景觀指數是通過數理統計或拓撲計算公式描述不同景觀要素的形態特征及其組合的結構關系[28]。雖然景觀指數本身并不具有生態學意義,但是景觀指數能夠直接反映斑塊形狀特征或對不同斑塊的拓撲關系進行量化描述,從而表征流域下墊面的變化情況。因此,根據生態學原理方法,綜合Fragstats 4.2幫助文檔[29]與已有研究成果在徑流歸因分析中對景觀指數的選擇[8,24],分別篩選類型水平上的22個指標與景觀水平上的26個指標,利用Fragstats 4.2完成對整個流域和子流域級別的景觀指數統計。

2.4 數據分析

采用Pearson相關性分析在流域景觀水平-流域斑塊類型-子流域景觀水平3個層級檢測景觀指數與人類活動對徑流變化影響參數之間的顯著性關系(P=0.05或0.01)。利用逐步線性回歸的方法確定與人類活動影響參數相關的最敏感景觀指標。采用SPSS 22.0完成Pearson相關系數和逐步回歸分析。

3 結果與分析

3.1 三川河流域水文氣候特征

3.1.1徑流變化趨勢分析

根據M-K法對研究區的年徑流量和年降水量序列的變化趨勢與突變點進行分析。由圖2可知,20世紀60年代中期以后,三川河流域的年降水量快速減少；從1979年至2010年年降水量變化表現出均勻波動的相對穩定狀態。三川河年徑流量變化情況較復雜(圖3)：由UF趨勢線分析可知,三川河流域年徑流變化在1970年呈相對穩定的波狀起伏,70年代到80年代年徑流在總體減少的趨勢下略有波動,在80年代后徑流繼續呈現出快速減少的趨勢。在0.05的置信區間中,UF和UB趨勢線在1979—1980年間出現交點可知1980年至今的徑流減少是一突變現象。因此,本文以1980年作為突變點,對1980年至今三川河流域徑流突變的歸因分析。

圖2 1957—2018逐年降水M-K統計曲線 Fig.2 Mann-Kendall statistical curve for annual precipitation from 1957 to 2018 UF表示按時間序列順序計算出的統計量序列,為標準正態分布；UB為逆序重復前一過程得到的計量序列

圖3 1955—2019逐年徑流M-K統計曲線 Fig.3 Mann-Kendall statistical curve for annual runoff from 1955 to 2018

3.1.2徑流變化歸因結果

三川河流域的徑流補給主要依靠降水,沒有外來河流匯入或冰川融雪,因此,在研究區的徑流變化歸因分析中,主要考慮降水、潛在蒸散量及人類活動的影響。根據M-K分析結果分別將1957—1979年作為基準期,1980—2020年作為突變期。基于Choudhury-Yang經驗公式(公式1),分別計算得出研究區年徑流量R對年降水量P、潛在蒸散量E0和人類活動ω的彈性系數(公式5—7),反映了三川河流域對以上因素的敏感程度(表1)：當年降水量增加1%,相應地年徑流量增加幅度為2.7%；當年潛在蒸散發量增加1%,相應地年凈流量減少1.7%；流域下墊面參數增加1%,相應地年徑流量減少2.2%。可見,年徑流量變化對降水的敏感性要略大于人類活動帶來的敏感性。根據公式13—15計算出以上三大因素對徑流變化的貢獻率可知,在突變期后年平均徑流降低29.3mm,降雨、潛在蒸散量和人類活動對徑流減少的貢獻率分別為24.9%、14.29%和60.81%。換言之,人類活動對徑流減少的影響超過六成,成為1980年后徑流變化的主要原因。

表1 不同因素對三川河流域徑流變化的敏感系數和貢獻率Table 1 Sensitivity coefficient and the contributions of different factors to annual runoff over the study area

3.1.35年滑動窗口期內氣候水文特征分析

以5年滑動窗口期,分別求得1980—2020年R、P和E0的每隔五年的滑動平均數,基于Choudhury-Yang經驗公式中四個變量的數學關系(公式2),求取不同滑動窗口期下墊面變化對徑流變化的經驗參數ω(表2)。

表2 五年滑動窗口期下徑流變化的影響因子變化Table 2 Change of influencing factors of runoff variation under five-year moving window period

3.2 三川河流域景觀格局變化

基于1980、1990、2000、2005、2010、2015、2020年的遙感影像判讀得到流域內土地覆被類型,結合GIS和Fragstats對三川河流域1980—2020年的景觀格局變化進行分析。

3.2.1土地利用類型變化

三川河流域主要土地利用類型為林地、草地、農田、水域和建設用地,1980年與2020年土地利用變化對比如圖4所示。土地利用變化與三川河流域“土石山區-黃土丘陵溝壑區”的自然地形關系密切。建設用地沿河流谷地呈線性延伸,林地主要分布上游山區、農田和草地主要分布在中下游坡地。各類土地類型變化(表3)可知：40年內,建設用地面積將近翻了十倍,水體面積增加近三成,農田面積減少一成,林地和草地的面積變化相對較小。從2020年土地利用數據來看,其中近10%的草地以及近3%的林地是由農田轉化而來,是“退耕還林還草”工程取得的部分成果；同時近65.5%的建設用地、近44%的水體是由農田轉化而來,而分別有10%和近20%的農田和建設用地來源于對草地的侵占,這體現了城市快速發展等人類活動對土地利用變化的劇烈改變。總體來看,隨著城市建設的發展和生態工程的建設,三川河流域各類用地對農田和草地的侵占較為嚴重。

圖4 1980與2020土地利用類型變化對比分析Fig.4 Comparison of land use between 1980 and 2020

表3 1980—2020土地利用類型變化矩陣Table 3 Land use type change matrix 1980—2020

3.2.2流域尺度景觀格局變化特征

三川河流域的水土保持與生態建設以及城市擴張帶來了劇烈的土地利用類型轉化,相應地,從地理空間構成上景觀格局也發生顯著變化(圖5)。

(1)景觀水平

在過去40年時間,三川河流域隨著最大斑塊面積(LPI)變小、總邊緣密度(TE)變小、斑塊核心面積(TCA、NDCA)與斑塊實際面積趨于一致,證明流域整體景觀斑塊形狀(PAFRAC)趨于規整；此外,斑塊之間對比度增強(CWED、TECI),進一步反應出整個流域景觀分布趨于破碎離散(DIVISION、CONNECT)、景觀蔓延度(CONHESION、IJL、CONTAG)增加、多樣性(SHDI、SHEI)增加。上述變化在2000年前后表現顯著。

(2)類型水平

不同類型用地的景觀格局變化呈現出較大差異。首先,林地在1990年之前變化顯著,在1990之后變化趨于平穩。林地景觀的變化趨勢為：斑塊邊緣趨于不規整,但是斑塊面積與核心面積變化相對穩定、林地景觀破碎度和蔓延度變化較小。其余四類用地在2000年發生顯著變化：其中農田斑塊面積減少,剩余三類斑塊面積顯著增大。在此過程中只有建設用地斑塊形狀趨于雜亂,剩余類型用地斑塊形狀趨于規整。建設用地的無序擴張(破碎度降低、連通度增高、蔓延度增強)導致農田和水體的破碎度增高、斑塊細分程度降低；草地破碎度增高、蔓延度降低。

3.2.3子流域尺度景觀格局變化特征

對三川河流域的49個子流域進行景觀水平的景觀指數分析(圖6)可知,在1980到2020年的40年變化中,景觀格局變化最為顯著的子流域分別為三川河上游子流域5、18、29、32,以及位于城市建設發展的子流域16、28、47。在這些子流域中,位于河道上游的子流域邊緣密度減小、核心面積形狀趨于規整、斑塊對比度變大、斑塊細分程度變大、斑塊均勻分布程度降低,證明子流域景觀格局趨于破碎、連通度降低、斑塊形狀趨于規整,體現了人類活動對流域上游景觀格局的改造。位于支流交匯口的子流域分別為離石區東城、南城以及北城新區,在這些區域的最大斑塊面積呈擴大趨勢,斑塊連通度變強、分散和細分程度增加、斑塊多樣性顯著增強。這說明城市擴張帶來以建設用地為主的主要斑塊面積增大,但是出現建設用地被多種用地細分的情況。這反應了城市建設的擴張以及城市內部硬質下墊面的破碎化改變。

圖6 1980—2020子流域景觀指數變化分析Fig.6 Analysis of landscape index change in subbasin from 1980 to 2020

3.3 三川河流域景觀格局對徑流變化的影響

3.3.1景觀格局變化與徑流變化的相關性分析

由于流域徑流改變受到下墊面變化的影響,以1980—2015的景觀指數序列分別與Budyko方程下的人類活動經驗參數ω序列(表2)做相關性分析可知(圖7)：ω與流域景觀水平上的景觀格局變化只與景觀分割指數(DIVISION)呈正相關,與景觀最大斑塊面積(LPI)呈負相關,與其他指數相關性不明顯。在流域類型水平上,ω與林地、草地、水體斑塊的最大面積、核心面積呈現出一定的負相關性；與林地、草地、農田聚合指數呈現出一定的正相關性。此外,ω與建設用地形成的景觀格局沒有明顯的相關性。

在子流域尺度上,ω明顯與子流域32、47、28、29、7、5、22的景觀格局變化表現出明顯的相關性,同時各子流域的最大斑塊面積指數(LPI)、核心斑塊面積指數(TCA)、景觀聚合指數(COHESION、DIVISION)以及景觀多樣性(SHDI)指數等類型表現出較多的相關性。

3.3.2景觀指數與徑流變化的回歸模型

基于流域景觀-流域斑塊類型-子流域景觀三個層次的景觀指數變量,采用逐步線性回歸方法,分別從不同景觀尺度下的14、55和686個景觀格局指數篩選關鍵指標,估算人類活動影響系數。結果表明(表4)：流域景觀水平上景觀分割指數能夠從一定程度上表征流域的人類活動影響(R2=0.623,P<0.05)；流域斑塊類型水平上,林地的斑塊核心面積(TCA)與水體的連通度(CONNECT)可以顯著解釋流域的人類活動影響(R2=0.883,P<0.005)；子流域景觀水平上,子流域28的散布指數(IJI)、子流域5的邊緣指數(TE)以及子流域22和32的最大斑塊占比(LPI)可以較為準確地解釋流域人類活動影響(R2=0.998,P<0.001)。回歸中各變量共線性診斷的關鍵指標VIF值小于10,說明各變量之間幾乎不存在共線性問題。

表4 基于景觀指數和人類活動對徑流影響參數ω的逐步線性回歸方程Table 4 Stepwise linear regression equations for landscape index and the parameters of anthropogenic impact

4 討論

4.1 景觀格局變化對徑流變化的貢獻率分析

三川河流域氣候變化(降水、潛在蒸散量)和下墊面變化(參數ω)對徑流變化的貢獻率分別為39.19%和60.81%。該結果與楊大文等[18]與劉艷麗等[30]對三川河流域徑流分析得出的結論一致。貢獻率計算數值上的誤差與統計數據的時間區間選擇有關。三川河流域的下墊面變化參數ω對徑流存在負面影響,隨著ω的增加,徑流則會表現出相應的減少趨勢。1980年后至今三川河流域徑流量的突變性減少趨勢,下墊面變化的貢獻超過六成。此外,在黃土丘陵溝壑區(同時也是黃河中游的多沙粗沙區)徑流變化歸因研究中,流域下墊面對徑流的貢獻均超過60%以上,徑流變化的時間均為20世紀80—90年代之間[6,18,20]。

三川河流域至今沒有中型以上水庫,缺少大規模農業灌溉,人類直接用水活動有限,屬于黃土丘陵溝壑區的典型山區流域。在地形和土壤條件相對穩定的情況下,從景觀格局變化的角度,流域淤地壩、梯田以及退耕還林還草工程可以呈現為斑塊類型的轉換、斑塊核心面積、斑塊形狀以及連通程度的變化。流域下墊面變化基本可以用反映土地利用結構的景觀格局變化來表征。對三川河流域1980—2020年40年間,對每間隔5年的LULC數據進行景觀格局變化分析可知：流域尺度上,三川河流域景觀斑塊形狀趨于規整、分布趨于破碎、景觀蔓延度增加、多樣性增加；子流域層面上,流域上游以及涉及河川谷地、大型溝道的子流域成為景觀格局變化最強烈的區域。結合該流域以“溝域”為主導的水土保持建設模式[31]以及黃土丘陵溝壑區水土保持工程驅動下的景觀格局變化特征[32—33],有理由認為三川河流域的徑流減少是大規模水土保持建設引起景觀格局變化后的直接效果。

4.2 景觀格局變化與徑流減少的空間關聯

為了進一步揭示景觀格局變化與徑流減少的地理空間對應關系,本文以ω序列為因變量,以不同觀測尺度和不同研究水平的景觀指數為自變量,進行person相關性分析和逐步線性回歸分析。

流域尺度上,景觀分割程度與ω正相關,林地斑塊核心面積以及水體斑塊的連通性ω負相關。換言之,流域景觀分割度提高、林地斑塊的核心面積減少、水體斑塊連通度降低,導致ω增大,徑流減少。其中,景觀分割度提高,意味流域中大型斑塊面積和形狀的割裂,林地斑塊與水體斑塊的格局變化佐證了這一特征。根據逐步線性回歸模型,三川河流域徑流減少88.30%可以通過林地斑塊核心面積的減少和水體斑塊連通度的降低予以解釋。流域景觀尺度上,林地斑塊核心面積減小,會導致斑塊邊界的氣候修正現象,加大林地的蒸散水平,減少徑流[34]。此外,相同斑塊面積下,林地的核心斑塊面積減少,意味著林地斑塊帶來的徑流阻力增加,匯水效率降低,從一定程度上減少了徑流量[35]。上述兩個觀點都從不同側面解釋了林地斑塊核心面積的減小,造成徑流量降低。另外水體連通性降低,體現了河川斷流或蓄水力度的增加,這一過程伴必然伴隨著徑流減少[36]。上述研究徑流對林地與水體景觀格局變化的響應特征與黃土丘陵溝壑區其他流域的徑流歸因結果一致[37—38]。

子流域尺度上的景觀格局與徑流變化分析能夠進一步細化流域景觀格局改變的具體空間區位,從而定位影響流域產匯流的主要區域。林地核心面積以及城市建成區斑塊的散布程度能夠99.80%解釋徑流量降低的趨勢變化。子流域5、32為流域上游的主要林地,子流域22為支流交匯處的退耕還林工程用地,整個流域的徑流降低與這些子流域林地核心面積減少具有直接相關性。此外,子流域28為東川河流域的離石區城市建設擴張的主要區域,該區域的吳城水庫與東川河淤地壩建設為城市用水以及郊區農田灌溉蓄積水資源,導致整個子流域的斑塊分散程度提高,影響了東川河支流向干流的徑流貢獻。這一結果與Tian等對水體景觀格局的研究結論一致[39]。綜上,基于逐步線性回歸方程的建立,三川河流域的徑流減少的原因可以空間定位到以下兩部分：第一、主要支流的上游林地及兩條支流匯流處的林地核心斑塊面積減少；第二、城市建設區域對于水體連通性的破壞。

4.3 水資源管理目標下的景觀格局優化建議

流域下墊面條件改變驅動下的景觀格局變化對黃土高原地區徑流變化具有重要影響[21]。隨著國土空間規劃的深入,從整體景觀格局構建的視角優化用地結構是黃土高原水土保持的方向[40—41]。景觀斑塊的鑲嵌模式與流域降雨-徑流-耗散直接相關。水土保持建設過程中對退耕還林用地的劃分,不僅保證用地率,同時要著重考量還林、還草用地的形狀特征與位置。此外,人類活動對河道徑流的攔截和蓄積,提高了當地居民對水資源利用的保障,但是會影響流域自然水循環規律。因此在水資源缺乏的黃土高原地區水利工程的建設和城市用水的管理應該基于更尺度的區域水資源統籌與可持續規劃[42]。

景觀格局變化是區域規劃發展研究的依據,也是未來生態、水文、地理、規劃等專業跨學科合作的研究重點。因此,在黃土高原地區土地管理與生態修復過程中,強調土地利用模式對流域水土保護的重要作用,在控制土地規劃用地用量的基礎上,提出合理的不同用地規模與地理空間關系,優化流域景觀格局,穩定流域徑流為黃土高原的生態建設與高品質健康發展提供科學依據。

5 結論

本文以晉西三川河流域為研究對象,利用景觀格局指數表征流域下墊面變化,結合水文學Budyko水量平衡方程下徑流歸因分析方法,通過統計學分析和GIS空間分析,探討黃土高原流域景觀格局變化對徑流變化的原因與影響。研究表明：1980年至今是三川河流域徑流銳減的時期,其中人類活動對徑流貢獻率為60.81%。通過對這段時期土地利用變化與人類活動對徑流變化影響參數的統計學分析可知,造成該流域徑流減少的景觀格局變化主要由北川河和東川河支流上游以及支流交匯處林地核心面積的減少以及城市建成區內水體連通度降低造成。本研究通過跨學科方法探究流域景觀格局與徑流變化之間的潛在空間關聯,探索學科交叉背景下水土保持建設的生態景觀化模式,為黃土高原地區未來流域水資源管理與生態規劃提供決策依據。