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在水资源相对匮乏的黄土高原地区,如何将有限的水资源能够支撑的有限植被配置在流域内的关键部位,是目前需要解决的关键技术。流域水土流失过程与土地利用景观格局变化密切相关,现有景观格局对水土流失过程的影响研究多以定性为主,定量研究不足,且景观格局优化配置研究较少。本文以黄河一级支流昕水河流域为研究对象,综合运用水文学、生态学、水土保持学、统计学、气象学的理论与方法,借助遥感解译、地面实验调查、历史资料收集、水文模型模拟等手段,分析流域气候、水文、土地利用的变化,筛选影响流域产流产沙的关键景观指数,模拟景观格局变化对流域水文过程的影响,解析不同结构与类型植被的水土保持效益,构建景观格局水沙效应评价模型,评价流域尺度上景观格局对水土流失的影响,并提出景观格局优化配置建议。主要研究结论如下:(1)1958-2015年,昕水河流域年降水量减少趋势不显著(P>0.05)。流域内暴雨、大暴雨发生频率逐渐降低。年潜在蒸散发量增加趋势不显著(P>0.05)。流域平均年径流量1.21亿m~3,平均年输沙量为1280万吨,均呈显著下降趋势(P<0.05),突变点在1978年与2004年。流域输沙主要源于汛期暴雨侵蚀过程(7、8月输沙量占年输沙量87.01%)。昕水河流域输沙量的减少主要由坡面水土保持措施所致,其中淤地坝拦沙总量为262万吨(1980-2015年)。(2)1987-2015年期间,林地、城乡、工矿居民用地增加显著,草地显著减少,耕地呈现先增加后减少的变化趋势;景观破碎度增加,斑块形状趋于复杂化,聚集度下降,多样性及均匀度下降,人为干扰变强。(3)双累积曲线的分析表明,人类活动对昕水河流域径流量、输沙量的减少起主导作用。人类活动对减流的贡献率分别为76.31%(1978-2003年)和86.16%(2004-2015年),对减沙的贡献率分别为75.09%(1978-2003年)和85.09%(2004-2015年)。为了维持生态基流,林草总面积需达到75%以上,为了完全控制土壤侵蚀(侵蚀模数低于1000 t/km~2 a),林地面积需达到92%以上。(4)利用SWAT模型分析景观格局对流域径流量、输沙量的影响得出,景观格局的径流效应评价模型为:径流量=-1434.818+442.630×FRAC＿MN+9.801×COHESION+0.2×LPI,景观格局的输沙效应评价模型为:侵蚀模数=-199482.360+425.098×CONNECT+152.476×IJI+34936.004×PAFRAC-20103.676×MSIEI+145948.145×FRAC＿MN,模型可用于评价不同景观配置的径流效应和输沙效应。(5)通过SWAT模型模拟分析得出,林地、草地面积每增加10%,年径流量分别减少0.04m~3/s、0.02m~3/s,年输沙量分别减少13万吨和10万吨。耕地面积每增加10%,年径流量增加0.06m~3/s,年输沙量增加24万吨。(6)根据景观格局的水土保持效益分析得出,昕水河流域内小流域尺度的景观格局优化调控原则为:斑块形状复杂化、斑块面积小型化、斑块分布随机化;耕地斑块隔离化;林地斑块优势化。