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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 1 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
局域种群的 Allee效应和集合种群的同步性 刘志广,赵摇 雪,张丰盘,等 ( 1 )………………………………
叶片毛尖对齿肋赤藓结皮凝结水形成及蒸发的影响 陶摇 冶,张元明 ( 7 )……………………………………
长江口锋面附近咸淡水混合对浮游植物生长影响的现场培养 王摇 奎,陈建芳,李宏亮,等 ( 17 )……………
河流流量对流域下垫面特性的响应 田摇 迪,李叙勇,Donald E. Weller ( 27 )…………………………………
中国中东部平原亚热带湿润区湖泊营养物生态分区 柯新利, 刘摇 曼, 邓祥征 ( 38 )…………………………
基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略 聂泽宇,梁新强,邢摇 波,等 ( 48 )………………………
滇池外海蓝藻水华爆发反演及规律探讨 盛摇 虎,郭怀成,刘摇 慧,等 ( 56 )……………………………………
采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响 杨秀云,韩有志,张芸香,等 ( 64 )……………………
松嫩草原榆树疏林对不同干扰的响应 刘摇 利,王摇 赫,林长存,等 ( 74 )………………………………………
天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应
周德成,罗格平,韩其飞,等 ( 81 )
………………………
………………………………………………………………………………
草原化荒漠草本植物对人工施加磷素的响应 苏洁琼,李新荣,冯摇 丽,等 ( 93 )………………………………
自然和人工管理驱动下盐城海滨湿地景观格局演变特征与空间差异 张华兵,刘红玉,郝敬锋,等 (101)……
晋、陕、宁、蒙柠条锦鸡儿群落物种多样性对放牧干扰和气象因子的响应
周摇 伶,上官铁梁,郭东罡,等 (111)
………………………………………
……………………………………………………………………………
华南地区 6 种阔叶幼苗叶片形态特征的季节变化 薛摇 立,张摇 柔,奚如春,等 (123)…………………………
河西走廊不同红砂天然群体种子活性相关性 苏世平,李摇 毅,种培芳 (135)……………………………………
江西中南部红壤丘陵区主要造林树种碳固定估算 吴摇 丹,邵全琴,李摇 佳,等 (142)…………………………
酸雨和采食模拟胁迫下克隆整合对空心莲子草生长的影响 郭摇 伟,李钧敏,胡正华 (151)……………………
棉铃虫在 4 个辣椒品种上的寄主适合度 贾月丽,程晓东,蔡永萍,等 (159)……………………………………
烟草叶面积指数的高光谱估算模型 张正杨,马新明,贾方方,等 (168)…………………………………………
不同作物田烟粉虱发生的时空动态 崔洪莹,戈摇 峰 (176)………………………………………………………
长期施肥对稻田土壤固碳功能菌群落结构和数量的影响 袁红朝,秦红灵,刘守龙,等 (183)…………………
新银合欢篱对紫色土坡地土壤有机碳固持的作用 郭摇 甜,何丙辉,蒋先军,等 (190)…………………………
一株产漆酶土壤真菌 F鄄5 的分离及土壤修复潜力 茆摇 婷,潘摇 澄,徐婷婷,等 (198)…………………………
木论喀斯特自然保护区土壤微生物生物量的空间格局 刘摇 璐,宋同清,彭晚霞,等 (207)……………………
岷江干旱河谷 25 种植物一年生植株根系功能性状及相互关系 徐摇 琨,李芳兰,苟水燕,等 (215)……………
黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征 程积民,程摇 杰,杨晓梅,等 (226)…………………………………
棉铃发育期棉花源库活性对棉铃对位叶氮浓度的响应 高相彬,王友华,陈兵林,等 (238)……………………
耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响 李摇 辉,张军科,江长胜,等 (247)…………………
外源钙对黑藻抗镉胁迫能力的影响 闵海丽,蔡三娟,徐勤松,等 (256)…………………………………………
强筋与弱筋小麦籽粒蛋白质组分与加工品质对灌浆期弱光的响应 李文阳,闫素辉,王振林 (265)……………
专论与综述
蛋白质组学研究揭示的植物根盐胁迫响应机制 赵摇 琪,戴绍军 (274)…………………………………………
流域生态风险评价研究进展 许摇 妍,高俊峰,赵家虎,等 (284)…………………………………………………
土壤和沉积物中黑碳的环境行为及效应研究进展 汪摇 青 (293)…………………………………………………
研究简报
青藏高原紫穗槐主要形态特征变异分析 梁坤伦,姜文清,周志宇,等 (311)……………………………………
菊属与蒿属植物苗期抗蚜虫性鉴定 孙摇 娅,管志勇,陈素梅,等 (319)…………………………………………
滨海泥质盐碱地衬膜造林技术 景摇 峰,朱金兆,张学培,等 (326)………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*332*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 白鹭展翅为梳妆,玉树临风巧打扮———这是大白鹭繁殖期时的美丽体态。 大白鹭体羽全白,身长 94—104cm,寿命
20 多年。 是白鹭中体型最大的。 繁殖期的大白鹭常常在湿地附近的大树上筑巢,翩翩飞舞吸引异性,其繁殖期背部
披有蓑羽,脸颊皮肤从黄色变成兰绿色、嘴由黄色变成绿黑色。 大白鹭是一个全世界都有它踪迹的广布种,一般单
独或成小群,在湿地觅食,以小鱼、虾、软体动物、甲壳动物、水生昆虫为主,也食蛙、蝌蚪等。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 1 期
2012 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 1
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201011121624
基金项目:国家自然基金项目(41071323,40971271);城市与区域生态国家重点实验室自主项目(SKLURE2008鄄1鄄05);中国科学院国际合作团队
项目(KZCX2鄄YW鄄T13)
收稿日期:2010鄄11鄄12; 摇 摇 修订日期:2011鄄01鄄24
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: xyli@ mail. rcees. ac. cn
田迪,李叙勇,Donald E. Weller.河流流量对流域下垫面特性的响应.生态学报,2012,32(1):0027鄄0037.
Tian D,Li X Y,Donald E. WELLER. The responses of hydrological indicators to watershed characteristics. Acta Ecologica Sinica,2012,32(1):0027鄄0037.
河流流量对流域下垫面特性的响应
田摇 迪1,2,李叙勇1,3,*,Donald E. Weller3
(1.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,北京摇 100085;
2.中国地质大学土地科学技术学院,北京摇 100083; 3. 美国 Smithsonian环境研究中心, 美国马里兰州摇 21037)
摘要:以美国切斯比克湾地区为例,对该区域 150 个小流域的下垫面特性(包括土地利用类型、地面不透水系数和土壤物理属
性)进行了提取,根据 1984—2004 年间逐日流量观测数据计算出了 33 个水文指标,运用逐步回归方法在不同地理区分析了 9
种下垫面特性对其中 17 个重要水文指标的影响。 结果表明:随着草地和林地比例的增加,流量趋于减小、流量变化趋于稳定,
随着建设用地和不透水层的增加,流量增加、流量变化剧烈,随着土壤水文组等级的升高,流量减少;在整个切斯比克湾流域,对
流域下垫面特性响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在阿巴拉契亚高地地区响应最为显著的水文指标是年极值流
量、高脉冲个数及历时,在皮德蒙特山地响应最为显著的水文指标是高脉冲个数及历时,在沿海平原地区响应最为显著的水文
指标是高脉冲个数及历时、流量变化的速率与频率。
关键词:流域下垫面特性; 土地利用;地表不透水系数;土壤物理属性;水文指标
The responses of hydrological indicators to watershed characteristics
TIAN Di1,2,LI Xuyong1,3,*,Donald E. Weller3
1 State Key Laboratory of Urban & Regional Ecology, Research Center of Eco鄄environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
2 School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3 Smithsonian Environmental Research Center, Maryland 21037鄄0028, USA
Abstract: Watershed characteristics affect the stream flow of the watershed. Those effects vary in different temporal and
spatial scales. The long鄄term stream flow can be statistically described by magnitude, frequency, and duration; those
hydrological indicators are important metrics that can be used to reflect the effects on flow by watershed characteristics.
However, the responses of hydrological indicators to watershed characteristics are still a controversial topic throughout the
world. Our goal is to address the following questions based on data analyses of a large number of hydrological monitoring
sites and their corresponding watersheds: (1) what and how watershed characteristics affect stream flow? (2) Which
hydrological indicators have significant responses to watershed characteristics and what are the differences of their responses
among different physiographic provinces? We randomly selected 150 small watersheds ( <282km2) in three physiographic
provinces in Chesapeake Bay region (37 in Coastal Plain area, 56 in Piedmont area, and 57 in Highland area) . Using
long鄄term daily stream flow data from the U. S. Geological Survey (USGS), we calculated 34 hydrological indicators for all
watersheds. Seventeen hydrological indicators were selected using principle component analysis for further analyses. For all
watersheds, we used ArcGIS to develop proportions of agriculture, developed land, grassland, and forest from the Mid鄄
Atlantic RESAC 2000 land use map. We derived the values of impervious surface coefficients for all watersheds from the
Mid鄄Atlantic RESAC impervious surface map. The proportions of sand, rock depth, hydrologic group and permeability rate
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were collected from the STATSGO soil database of the United States. We then used stepwise regression to quantify the
effects of watershed land use, impervious surface, and soil physical properties on the selected 17 hydrological indicators in
three physiographic provinces of the Chesapeake Bay drainage area. Hydrological data during 2005—2009 was used to
validate our predictive regression model. We found that the most important factors affected stream flow were the proportions
of grassland, developed land, forest, and impervious surface and soil hydrologic group. Land use types had more strongly
influence on stream flow than soil physical properties. Flow volume and flow variability decreased where proportion of
grassland or forest increased, but increased where proportion of developed land or impervious surface increased. Flow was
lower at higher category of soil hydrologic group. Among the 17 hydrological indicators, we found that the number and
duration of the flow pulses with high frequency were the best indicators that were correlated to the watershed characteristics
at the whole Chesapeake watershed scale; the peak flow, and the number and duration of high flow pulses were the best
indicators that were correlated to the watershed characteristics in the Highland area; the number and duration of high flow
pulses were the best indicators that were correlated to the watershed characteristics in the Piedmont area; the number and
duration of high flow pulses, and the rate and frequency of flow variability were the best indicators that were correlated to
the watershed characteristics in the Coastal plain area. Watershed characteristics can be used to predict number of high flow
pulses in the whole Chesapeake Bay watershed, Piedmont and Coastal Plain regions.
Key Words: watershed characteristics; land use; impervious surface; soil physical properties; hydrological indicator
流域下垫面特性(如土地利用方式,土壤属性等)影响着流域的水文情势[1鄄3],这种影响表现为多种形式
和不同的时空尺度,最明显的是对河流流量直接和间接的影响[4]。 例如,通常情况下林地会减少河流流
量[5];城市化会增加不透水层的比例,引起下渗减少、洪峰流量增加[6鄄7];而由于蓄水和排水复杂机制的中和
效应,常常使农业用地对洪水产生的影响相对较小[8];土壤的下渗能力越高,就会有越多的降水进入地下
水[3]。 如果对流量按不同时间尺度、频率、幅度和历时来考虑,流域特性对这些不同的水文指标可能产生不
同的影响,而水文指标对流域特性的响应也随着流域的空间尺度不同、流域的地理特征的不同而不同,这些问
题国际上尚缺乏清晰的认识。 随着流域水文管理精细化的进一步要求及流域监测数据的不断积累和完善,流
域特性对各种水文指标的影响成为一个重要的科学问题。
近几年来,国际上不少学者从不同角度研究了人类活动对河流流量的影响,如,Matteau 等[9]从多元分析
的角度研究了水坝对不同水文指标的影响。 Poff 等[10]研究了美国连续地区土地利用和水坝对 10 个水文指
标的影响,Schoonover等[11]研究了小尺度范围内不同土地覆盖对 33 个水文指标的影响。 但是综合考虑多种
流域下垫面特性,研究不同水文指标在不同自然地理区的水文影响却显不足。 本文选择美国切斯比克湾流域
作为研究区,在大量监测数据的基础上,运用 IHA计算出能够反映流量总量、频率、历时和变化率的各种水文
指标,用逐步回归方法分析流域下垫面特性对各类水文指标的影响,以求回答以下几个问题:(1)流域的哪些
下垫面特性对河流流量的影响最为显著,会如何影响流量? (2)在不同自然地理区,对流域下垫面特性有着
显著响应的水文指标有哪些? 响应程度如何? 通过对以上问题的回答,更好地揭示了具体水文指标对流域下
垫面的响应关系。
1摇 数据处理与研究方法
1. 1摇 研究区概况
切斯比克湾位于美国东北部,是美国最大的、生物多样性最为丰富的海湾,超过 10 万条河流及其支流流
入该海湾,3600 余种植物、鱼类和动物栖息于此[12],它总的流域面积 16. 6 万 km2,包括 6 个州(纽约州,特拉
华州,马里兰州,弗吉尼亚州,西弗吉尼亚州,宾夕法尼亚州)的部分地区以及华盛顿特区的全部(图 1)。 居住
人口大约 157 万人,其中大部分生活在主要城市及其周边地区,如:巴尔的摩,华盛顿特区,里士满等,如果保
持现在的城市发展速度,预测在未来 30a,流域的城市面积将增加 60% [13]。 森林、草地和农用地向城市用地
82 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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的转化将会给陆地和水生态系统、空气质量、水量和水质造成威胁[14]。
图 1摇 切斯比克湾流域位置示意图
Fig. 1摇 Location of the Chesapeake Bay watershed
摇 图 2摇 切斯比克湾流域的自然地理分区及选择的小流域及其水
文站
Fig. 2 摇 Physiographic provinces and selected watersheds and
hydrologic sites in the Chesapeake Bay watershed
1. 2摇 自然地理区划分及小流域选择
根据切斯比克湾流域(Chesapeake Bay watershed /
CBay)地形地貌的差异,使用美国地质调查局(USGS)
的自然地理分区数据,将流域划分为三大自然地理区:
沿海平原(Coastal Plain / CP),皮德蒙特山地(Piedmont /
PD)和阿巴拉契亚高地(Highland / HL)。 因为支流能够
更直接的反映下垫面特性与流量之间关系[14鄄17],因此
仅选择面积小于 282km2的小流域[10]。 为了避免气候
波动的偶然性所带来的影响,每一个小流域都尽量保证
在 1984—2004 年间有连续 21a 的观测流量数据,但是
允许个别站点至少有连续 6a的流量观测数据以保证样
本数量的充足。 基于以上标准,根据从美国地质调查局
的流域矢量图和水文数据,最终选择了 150 个小流域,
这 150 个小流域较为均匀的分布在整个流域,其中沿海
平原 37 个,皮德蒙特山地 56 个,阿巴拉契亚高地 57
个,并收集了这 150 个水文站点的逐日流量数据
(图 2)。 摇
1. 3摇 下垫面特性数据
本文选择土地利用类型、不透水层和土壤物理属性
作为流域下垫面特性的代表,汇总结果见表 1。
(1)土地利用数据 摇 根据美国地质调查局提供的
切斯比克湾流域矢量图,叠加马里兰大学 Mid鄄Atlantic
RESAC (Regional Earth Science Application Center)开发
92摇 1 期 摇 摇 摇 田迪摇 等:河流流量对流域下垫面特性的响应 摇
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的 2000 年 30m分辨率的栅格土地利用图(土地利用类型分为森林、草地、农用地、建设用地、湿地、水体、裸地
7 大类),用 ArcGIS对上述 150 个小流域的土地利用状况进行了提取与统计。 从表 1 的统计值可以知道,湿
地、水体、裸地这 3 类土地仅占了很小一部分,对流量的影响有限,因此,本文仅选择森林、草地、农用地、建设
用地这四类比例较高的土地利用方式进行进一步的分析。
(2)不透水层数据摇 不透水层大多是由于人类活动造成的,它在建设用地中占有较大比例,包括人们修
建道路、停车场、房屋等建筑物而在地表铺筑的水泥、砖块、柏油、石头,以及建筑物的楼顶和夯实的土壤。 根
据切斯比克湾流域矢量图,叠加马里兰大学 Mid鄄Atlantic RESAC(Regional Earth Science Application Center)开
发的 2000 年 30 m分辨率的栅格不透水层图,用 ArcGIS 对 150 个小流域的不透水层所占的比例进行了提取
与统计。
(3)土壤属性数据 摇 根据美国地质调查局提供的切斯比克湾流域矢量图,叠加美国农业部开发的
STATSGO(State Soil Geographic)土壤图,用 ArcGIS对上述 150 个小流域的土壤属性进行了提取与统计,本文
选择了与流量密切相关的砂土百分比、基岩深度、水文组、渗透率进行进一步分析。
表 1摇 流域下垫面特性汇总表
Table 1摇 Summary of watershed characteristics
区域
Region
土地利用类型 Land use / %
林地
Forest
建设用地
Developed
农用地
Agriculture
草地
Grassland
湿地
Wetland
水体
Water
裸地
Barren
CBay 50. 33 19. 49 10. 00 17. 15 1. 97 0. 36 0. 69
CP 36. 95 32. 54 15. 09 7. 60 6. 23 0. 22 1. 38
PD 42. 53 22. 46 10. 42 22. 75 0. 64 0. 38 0. 81
HL 67. 41 8. 00 5. 99 17. 54 0. 48 0. 44 0. 13
区域
Region
不透水层比例 / %
Impervious surface
coefficient
土壤属性 Soil property
砂土 / %
Sand
基岩深度 / m
Rock depth
土壤水文组*
Hydrologic Group
渗透率 / (mm / h)
Permeability rate
CBay 5. 96 31. 39 1. 34 2. 39 75. 40
CP 12. 07 48. 01 1. 48 2. 38 109. 37
PD 6. 16 27. 28 1. 41 2. 23 47. 06
HL 1. 73 24. 39 1. 17 2. 55 80. 29
摇 摇 *水文组等级为 1 到 4 表示土壤的下渗能力逐渐降低;CBay: 切斯比克湾流域 Chesapeake Bay watershed;CP: 沿海平原 Coastal Plain;PD:皮
德蒙特山地 Piedmont;HL:阿巴拉契亚高地 Highland
1. 4摇 水文指标的计算及选择
1. 4. 1摇 IHA与水文指标的计算
IHA (Indicators of Hydrologic Alteration) 是用来计算河流多年流量统计值的软件,它计算出的水文指标
(Hydrologic Indicators) 可以量化自然流量和人类活动对流量的影响,比如修建水坝、土地利用变化、地下水抽
取、灌溉等人类活动的影响。 它需要输入长年逐日流量数据,用来生成一系列具有生态学意义的水文统计量,
这些水文统计量称为水文指标[18]。 水文指标可以反映水文情势,可以帮助人们理解和预测描述流量变化对
生态系统的影响。 水文指标有很多,其中以 IHA的 33 个特征值最具代表性[19鄄20],用 IHA 计算出了 150 个流
域的 33 个水文指标,还另外计算出了年均流量,所有计算出的河流流量都除以了河流所在流域的面积,标准
化为流量模数。
1. 4. 2摇 水文指标的选择
本文选择了流量高的 2、3、4 月份和降水量最大的 5、7、9 月份的月均流量,能反映流量峰值的年 1 日、3
日、7 日和 30 日最大流量的均值,能反映流量年变化程度的高脉冲个数与历时,还选择了能反映地下水对总
流量贡献率的基流指标,以及能反映流量变化速率和变化频率的上涨率、落水率、水流变化次数。 最终从 IHA
的 33 个指标中选择了 16 个指标,再加上年平均流量,共 17 个指标,详见表 2。
03 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 2摇 水文指标按区域汇总表
Table 2摇 Summary of hydrologic indicators in different region
水文指标
Hydrologic indicators
在不同区域的平均值 Mean values in different regions
CBay CP PD HL
年均流量模数 Mean annual flow (MAF*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0108 0. 0129 0. 0113 0. 0089
2 月份月均流量模数 Mean flow for February (Feb*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0142 0. 0181 0. 0137 0. 0122
3 月份月均流量模数 Mean flow for March (Mar*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0179 0. 0228 0. 0144 0. 0182
4 月份月均流量模数 Mean flow for April (Apr*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0156 0. 0158 0. 0149 0. 0162
5 月份月均流量模数 Mean flow for May (May*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0124 0. 0130 0. 0131 0. 0113
7 月份月均流量模数 Mean flow for July (Jul*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0084 0. 0084 0. 0126 0. 0042
9 月份月均流量模数 Mean flow for September (Sep*) / (m3·s-1·km-2) 0. 0067 0. 0101 0. 0083 0. 0029
年 1 日最大流量模数的均值 Annual maxima, 1鄄day mean
(Mx1d*) / (m3·s-1·km-2)
0. 226 0. 256 0. 227 0. 206
年 3 日最大流量模数的均值 Annual maxima, 3鄄day mean
(Mx3d*) / (m3·s-1·km-2)
0. 128 0. 133 0. 120 0. 133
年 7 日最大流量模数的均值 Annual maxima, 7鄄day mean
(Mx7d*) / (m3·s-1·km-2)
0. 077 0. 074 0. 072 0. 085
年 30 日最大流量模数的均值 Annual maxima, 30鄄day mean
(Mx30d*) / (m3·s-1·km-2)
0. 040 0. 036 0. 040 0. 043
BFI基流指标:年 7 日最小流量的均值 /年均流量 Baseflow index: 7鄄day
minimum flow / mean flow for year 0. 135 0. 119 0. 155 0. 126
NHiPl年均高脉冲个数, 高脉冲定义为每年逐日流量的 75%分位以上的
流量 Number of high pulses within each water year 17. 10 21. 80 19. 24 11. 96
DHiPl年均高脉冲的历时 Mean duration of high pulses / d 3. 06 2. 55 2. 27 4. 16
RiseR*年均上涨率: 年逐日流量模数连续上升值的均值
Rise rate: Mean of all positive differences between consecutive daily values
/ (m3·s-1·km-2·d-1)
0. 00187 0. 00226 0. 00187 0. 00162
FallR*年均落水率: 年逐日流量模数连续下降值的均值
Fall rate: Mean of all negative differences between consecutive daily values
/ (m3·s-1·km-2·d-1)
-0. 000931 -0. 000922 -0. 000876 -0. 000991
Revs年均水流变化次数 Number of hydrologic reversals 112. 79 118. 74 118. 42 103. 39
摇 摇 *表示流量除以了流域面积
1. 5摇 流域下垫面特性对水文指标的影响分析
运用逐步回归法是一种选择显著性影响因素、拟合最优方程和消除多重共线性的方法。 运用这种方法可
以从 9 种流域下垫面特性中找出对流量有着显著影响的因素,可以得到这些显著性因素如何影响流量,还可
以得到这些因素对水文指标的拟合效果。
具体做法是将变量一个一个引入,当每引入一个自变量后,对已选入的变量要进行逐个检验,当引入的自
变量由于后面变量的引入而变得不再显著时,要将其剔除。 引入一个变量或从回归方程中剔除一个变量为逐
步回归的一步,每一步都要进行 F检验,以确保每次引入新的变量之前回归方程中只包含显著的变量,这个
过程反复进行,直到既无显著的自变量选入回归方程,也无不显著自变量从回归方程中剔除为止[21]。 本文使
用 SPSS软件进行逐步回归。 引入自变量的显著性水平 琢进 =0. 05,琢出 =0. 10。
2摇 结果与分析
2. 1摇 逐步回归分析结果
表 3—表 6 总结了不同区域的逐步回归分析的结果。 回归系数为正数表示该下垫面特性对相应的水文
指标是正向影响,负数表示是负向影响,没有回归系数表示该下垫面特性对相应的水文指标影响不显著,相关
系数 (R) 和决定系数 (R2) 表示下垫面特性的拟合效果。 表 7 汇总了逐步回归对不同水文指标组在不同区
域的拟合效果。 需要注意的是,在皮德蒙特山地,草地、农用地、建设用地、林地、不透水层、砂土含量、基岩深
度、水文组等级、渗透率等 9 个下垫面特性对年均和 2、3、4、5、7、9 月份的流量均无显著的影响,这些因素均被
剔除,因此不能建立回归方程。
13摇 1 期 摇 摇 摇 田迪摇 等:河流流量对流域下垫面特性的响应 摇
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３７
Ａｐｒ Ｍａｙ
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３７
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表 7摇 逐步回归拟合效果汇总表
Table 7摇 Summery of stepwise regression results
区域 Region 水文指标组Group of hydrologic indicators R R
2 P
CBay 年均和月均水文指标 0. 22 0. 05 0. 02
年极值水文指标 0. 31 0. 11 0. 01
高脉冲频率及历时 0. 77 0. 60 0. 00
流量变化的速率与频率 0. 54 0. 32 0. 00
HL 年均和月均水文指标 0. 50 0. 25 0. 00
年极值水文指标 0. 53 0. 29 0. 00
高脉冲频率及历时 0. 54 0. 29 0. 00
流量变化的速率与频率 0. 34 0. 11 0. 01
PD 年均和月均水文指标 - - -
年极值水文指标 0. 48 0. 23 0. 00
高脉冲频率及历时 0. 69 0. 51 0. 00
流量变化的速率与频率 0. 50 0. 28 0. 02
CP 年均和月均水文指标 0. 59 0. 37 0. 01
年极值水文指标 0. 49 0. 26 0. 01
高脉冲频率及历时 0. 85 0. 72 0. 00
流量变化的速率与频率 0. 83 0. 69 0. 00
摇 摇 水文指标组 R、R2和 P值取各项水文指标的平均值
2. 2摇 结果验证
在不同自然地理区对拟合最佳的逐步回归方程分别进行了预测效果验证。
在整个区域,流域下垫面特性对高脉冲个数的逐步回归拟合效果最好,相关系数和决定系数分别达到了
0. 87 和 0. 75,回归方程如下:y=0. 18x3+0. 30x5+0. 096x6-0. 046x9+12. 32。 在该区域另外随机选取了 2005—
2006 年的 8 个观测站点的数据进行了预测验证,相关系数和决定系数分别达到了 0. 98 和 0. 95,预测结果见
表 8。
表 8摇 切斯比克湾流域的高脉冲个数预测结果
Table 8摇 Predicting result for NHIPL in the Chesapeake Bay region
站点编号
Station number
实际值
Observed value
预测值
Predicted value
站点编号
Station number
实际值
Observed value
预测值
Predicted value
1585090 33 38. 21 1589500 24. 5 25. 19
1651000 29 29. 65 1652500 36 39. 04
1583580 20. 5 14. 98 1593500 26 27. 49
1650500 25. 5 24. 24 2032640 14. 5 12. 56
在阿巴拉契亚高地地区没有得到拟合效果很好的回归方程,因此不进行回归方程预测检验。
在皮德蒙特山地,流域下垫面特性对高脉冲个数的逐步回归拟合效果最好,相关系数和决定系数分别达
到了 0. 87 和 0. 75,回归方程如下:y = 0. 67x5 +0. 27x6 +0. 29x7 -8. 19。 在该区域另外随机选取了 2005—2006
年 5 个观测站点的数据进行了预测验证,相关系数和决定系数分别达到了 0. 98 和 0. 96,预测结果见表 9。
在沿海平原,流域下垫面特性对高脉冲个数的逐步回归拟合效果最好,相关系数和决定系数分别达为
0郾 93 和 0. 86,回归方程如下:y=0. 28x3-0. 077x9+21. 09。 在该区域另外随机选取了 2005—2006 年 5 个观测
站点的数据进行了预测验证,相关系数和决定系数分别为 0. 96 和 0. 92,预测结果见表 10。
53摇 1 期 摇 摇 摇 田迪摇 等:河流流量对流域下垫面特性的响应 摇
http: / / www. ecologica. cn
表 9摇 皮德蒙特山地的高脉冲个数预测结果
Table 9摇 Prediction results for NHIPL in the Piedmont area
站点编号
Station number
实际值
Observed value
预测值
Predicted value
1583580 20. 50 17. 42
1586610 17. 50 16. 31
1593500 26. 00 25. 55
1650500 25. 50 23. 63
2032640 14. 50 13. 44
表 10摇 沿海平原的高脉冲个数预测结果
Table 10摇 Prediction result for NHIPL in the Coastal Plain area
站点编号
Station number
实际值
Observed value
预测值
Predicted value
1487000 9. 50 9. 72
1585090 33. 00 39. 04
1589500 24. 50 20. 15
1651000 29. 00 33. 25
1652500 36. 00 37. 70
摇 摇
3摇 结论
本文在大量数据的基础上,运用逐步回归分析的方法,揭示了具体水文指标对流域下垫面的响应关系:
(1)在整个切斯比克湾流域,对各项水文指标影响最为显著的因素是草地和建设用地。 在 3 个自然地理
区情况略有不同,在阿巴拉契亚高地地区,对流量影响最为显著的因素是草地、建设用地、林地和土壤水文组
等级;在皮德蒙特山地对流量影响最为显著的因素是建设用地;在沿海平原对流量影响最为显著的因素是草
地、林地、建设用地和不透水层。
(2)17 个水文指标对流域下垫面特征的响应在整个切斯比克湾流域和划分的 3 个自然地理区显示出较
大的差异。 在整个流域,对下垫面特性响应最为显著的水文指标是高脉冲频率及历时,在阿巴拉契亚高地地
区是年极值流量、高脉冲频率及历时,在皮德蒙特山地是年均高脉冲频率及历时,在沿海平原地区是高脉冲频
率及历时、流量变化的速率与频率。
(3)利用拟合出的回归方程可以在整个切斯比克湾流域、皮德蒙特山地和沿海平原很好的预测出高脉冲
个数。
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参考文献:
[ 4 ]摇 David R. Maidment 主编. 水文学手册椅张建云, 李纪生, 等译. 北京: 科学出版社, 2002.
[21] 摇 何晓群, 刘文卿编著. 应用回归分析(第二版) . 北京: 中国人民大学出版社, 2007.
73摇 1 期 摇 摇 摇 田迪摇 等:河流流量对流域下垫面特性的响应 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 1 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Allee effects of local populations and the synchrony of metapopulation LIU Zhiguang, ZHAO Xue, ZHANG Fengpan, et al ( 1 )…
Effects of leaf hair points on dew deposition and rainfall evaporation rates in moss crusts dominated by Syntrichia caninervis,
Gurbantunggut Desert, northwestern China TAO Ye, ZHANG Yuanming ( 7 )…………………………………………………
The influence of freshwater鄄saline water mixing on phytoplankton growth in Changjiang Estuary
WANG Kui, CHEN Jianfang, LI Hongliang, et al ( 17 )
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The responses of hydrological indicators to watershed characteristics TIAN Di,LI Xuyong,Donald E. Weller ( 27 )…………………
Lake nutrient ecosystems in the east鄄central moist subtropical plain of China KE Xinli, LIU Man, DENG Xiangzheng ( 38 )………
The current water trophic status in Tiaoxi River of Taihu Lake watershed and corresponding coping strategy based on N / P ratio
analysis NIE Zeyu,LIANG Xinqiang,XING Bo,et al ( 48 )………………………………………………………………………
Reversion and analysis on cyanobacteria bloom in Waihai of Lake Dianchi SHENG Hu, GUO Huaicheng, LIU Hui, et al ( 56 )……
Effects of cutting disturbance on spatial heterogeneity of fine root biomass of Larix principis鄄rupprechtii
YANG Xiuyun,HAN Youzhi,ZHANG Yunxiang,et al ( 64 )
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Responses of elm (Ulmus pumila) woodland to different disturbances in northeastern China
LIU Li,WANG He,LIN Changcun,et al ( 74 )
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Impacts of grazing and climate change on the aboveground net primary productivity of mountainous grassland ecosystems along
altitudinal gradients over the Northern Tianshan Mountains, China ZHOU Decheng, LUO Geping, HAN Qifei, et al ( 81 )……
Response of herbaceous vegetation to phosphorus fertilizer in steppe desert SU Jieqiong, LI Xinrong, FENG Li, et al ( 93 )………
Spatiotemporal characteristics of landscape change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural processes and human
activities ZHANG Huabing, LIU Hongyu,HAO Jingfeng, et al (101)……………………………………………………………
Response of species diversity in Caragana Korshinskii communities to climate factors and grazing disturbance in Shanxi, Shaanxi,
Ningxia and Inner Mongolia ZHOU Ling, SHANGGUAN Tieliang, GUO Donggang, et al (111)…………………………………
Seasonal change of leaf morphological traits of six broadleaf seedlings in South China
XUE Li,ZHANG Rou,XI Ruchun,GUO Shuhong,et al (123)
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Correlation analysis on Reaumuria soongorica seed traits of different natural populations in Gansu Corridor
SU Shiping, LI Yi, CHONG Peifang (135)
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Carbon fixation estimation for the main plantation forest species in the red soil hilly region of southern鄄central Jiangxi Province,
China WU Dan, SHAO Quanqin, LI Jia, et al (142)……………………………………………………………………………
Effects of clonal integration on growth of Alternanthera philoxeroides under simulated acid rain and herbivory
GUO Wei, LI Junmin, HU Zhenghua (151)
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Difference of the fitness of Helicoverpa armigera (H俟bner) fed with different pepper varieties
JIA Yueli, CHENG Xiaodong, CAI Yongping, et al (159)
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Hyperspectral estimating models of tobacco leaf area index ZHANG Zhengyang, MA Xinming, JIA Fangfang, et al (168)…………
Temporal and spatial distribution of Bemisia tabaci on different host plants CUI Hongying, GE Feng (176)…………………………
Abundance and composition of CO2 fixating bacteria in relation to long鄄term fertilization of paddy soils
YUAN Hongzhao, QIN Hongling, LIU Shoulong, et al (183)
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Effect of Leucaena leucocephala on soil organic carbon conservation on slope in the purple soil area
GUO Tian,HE Binghui,JIANG Xianjun,et al (190)
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Isolation and the remediation potential of a Laccase鄄producing Soil Fungus F鄄5
MAO Ting, PAN Cheng, XU Tingting, et al (198)
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Spatial heterogeneity of soil microbial biomass in Mulun National Nature Reserve in Karst area
LIU Lu, SONG Tongqing, PENG Wanxia, et al (207)
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Root functional traits and trade鄄offs in one鄄year鄄old plants of 25 species from the arid valley of Minjiang River
XU Kun, LI Fanglan, GOU Shuiyan, et al (215)
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Spatial distribution of carbon density in grassland vegetation of the Loess Plateau of China
CHENG Jimin, CHENG Jie,YANG Xiaomei, et al (226)
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Effect of nitrogen concentration in the subtending leaves of cotton bolls on the strength of source and sink during boll development
GAO Xiangbin, WANG Youhua, CHEN Binglin, et al (238)
…
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Long鄄term tillage effects on soil organic carbon and microbial biomass carbon in a purple paddy soil
LI Hui, ZHANG Junke, JIANG Changsheng,et al (247)
…………………………………
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Effects of exogenous calcium on resistance of Hydrilla verticillata (L. f. ) Royle to cadmium stress
MIN Haili, CAI Sanjuan, XU Qinsong, et al (256)
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Comparison of grain protein components and processing quality in responses to dim light during grain filling between strong and weak
gluten wheat cultivars LI Wenyang, YAN Suhui, WANG Zhenlin (265)…………………………………………………………
Review and Monograph
Salt鄄responsive mechanisms in the plant root revealed by proteomic analyses ZHAO Qi, DAI Shaojun (274)…………………………
The research progress and prospect of watershed ecological risk assessment XU Yan, GAO Junfeng, ZHAO Jiahu, et al (284)……
A review of the environmental behavior and effects of black carbon in soils and sediments WANG Qing (293)………………………
Scientific Note
Variation in main morphological characteristics of Amorpha fruticosa plants in the Qinghai鄄Tibet Plateau
LIANG Kunlun, JIANG Wenqing, ZHOU Zhiyu, et al (311)
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Identification of aphid resistance in eleven species from Dendranthema and Artemisia at seedling stage
SUN Ya, GUAN Zhiyong, CHEN Sumei, et al (319)
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Research of padded film for afforestation in coastal argillaceous saline鄄alkali land
JING Feng, ZHU Jinzhao, ZHANG Xuepei, et al (326)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 1 期摇 (2012 年 1 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 32摇 No郾 1摇 2012
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