流域土地利用/覆被变化（land use and land cover change，LUCC）及其生态环境效应研究一直是近几年土地生态学和景观生态学关注的重点之一。《涪江流域土地利用覆被变化及生态环境效应》系统介绍LUCC的研究内容、研究方法、热点以及LUCC定量化分析模型和生态环境效应模型，并以四川盆地涪江流域为研究区，借助MapGIS、ArcGIS、ENVI等软件平台，构建涪江流域1998～2018年LUCC研究所需的基础地理和专题空间数据集。在此基础上，运用景观生态学原理与方法、GIS空间分析方法和“三生空间”协调模型，开展该流域土地利用与景观格局时空分异、生态环境效应及驱动力、生态用地时空分异及生态安全评价，提出基于最小累积阻力（minimal cumulative resistance，MCR）模型的涪江流域生态用地景观格局优化方案。

第1章 涪江流域地理环境特征
　　1.1 自然地理概况
　　1.1.1 流域地理位置
　　涪江流域介于103°44′E～106°16′E，29°18′N～33°03′N，位于四川盆地中部，是长江的二级支流，也是嘉陵江右岸的最大支流。其发源于四川省阿坝藏族羌族自治州（简称阿坝州）松潘县境内雪宝顶，自西北向东南斜穿四川盆地中部，在重庆市合川区汇入嘉陵江。流域以北与岷江和白龙江相接，西邻沱江，东以嘉陵江为界，南至嘉陵江右岸下游与长江汇合。涪江流域是长江上游重要生态屏障和水源涵养地，处于成渝地区双城经济圈的核心区域，是四川省较发达的地区之一。涪江流域涉及31个县级行政区，其中四川省涉及阿坝州、德阳市、绵阳市、南充市、遂宁市、资阳市6市（州）共26个县（市、区）；重庆市涉及5县（区）（图1-1）。
　　1.1.2 河流水系
　　涪江作为长江一级支流嘉陵江的右岸的二级支流，别名涪水，又称内水。干流发源于四川省阿坝州松潘县与九寨沟县之间的分水岭雪宝顶北坡，自西北向东南流经绵阳市的平武县、江油市西南部、涪城区、游仙区、三台县，以及遂宁市射洪市、遂宁市辖区等区域，在重庆市合川区南侧汇入嘉陵江。涪江干流全长为697km，流域总面积为3.64万km2，河口流量为550m3/s，总落差为3730m，多年平均流量为572m3/s，多年平均径流量为180亿m3。
　　整个水系主要由火溪河（夺补河）、平通河、通口河（白草河）、芙蓉溪、安昌河、凯江、梓潼江、郪江、琼江（安居河）、小安溪10条支流与涪江干流组成，位于沱江和嘉陵江之间。研究区内地形西北高东南低，以山地和丘陵为主，海拔在159～5552m。涪江干流在江油市中坝街道涪江大桥以上为上游，上游河段长为254km，平均比降为15‰，流域面积约为5930km2。涪江以江油至遂宁段为中游，中游河段长为291km，平均比降为0.9‰，流域面积约为25628km2。涪江遂宁至合川河口为下游，下游河段长为152km，平均比降为0.4‰，流域面积约为4842km2。四川省内涪江干流流经阿坝州、绵阳市、遂宁市，干流长545km，流域面积约为31558km2。
　　涪江流域支流发育，呈树枝状分布。支流中流域面积大于100km2的各级支流共有91条，其中一级支流34条、二级支流45条、三级支流11条、四级支流1条。流域面积在500～1000km2的支流共有22条，面积在1000～5000km2的支流共有8条，面积超过5000km2的支流有1条。1000km2以上的支流主要有火溪河、平通河、通口河、安昌河、凯江、梓潼江、郪江、琼江、小安溪。
　　1.1.3 气候水文
　　1.气候特征
　　涪江流域主要为川西高原气候和亚热带湿润季风气候，气候资源丰富，立体气候明显。研究区内多年平均气温在6.82～18.30℃，多年平均降水量在713～1133mm，大致可分为上游亚热带湿润山区气候、中下游亚热带湿润丘陵区气候（图1-2）。
　　四川盆地边缘区地形复杂，高低悬殊，因此涪江上游山区气候垂直变化明显，涪江中下游丘陵区气候湿润温和。流域内降水丰沛，但时空分异较大，分布不均。全年降水多集中于夏季6～8月，该时段降水占流域内全年降水量的40%～60%，上游该时段降水高于中下游；冬季和春季降水量较少，仅占全年降水量的10%～30%。流域内气候总体特征表现为春旱夏热、秋雨冬暖、雨热同季，日照少、风速小、多云雾，主要灾害性天气有暴雨、冰雹、霜冻、结冰等，气候风险总体偏低。
　　2.水文特性
　　1）水文测站情况
　　涪江流域四川省内有20个水文站，重庆市内有1个水文站（小河坝水文站），共计21个水文站。其中，四川省绵阳市境内有15个水文站，遂宁市境内有4个水文站，德阳市境内有1个水文站。
　　2）径流特性
　　涪江径流主要来源是降水补给和冰雪融水，径流变化与降水时空分布较为一致，主要集中于5～11月，该时段流域径流量约占全年总量的85%，多年（1980～2018年）平均径流量为132.21亿m3。涪江流域出口站为小河坝水文站（105°50′E，30°11′N），控制流域为28901km2。涪江武引取水枢纽段多年（1984～2010年）平均径流量为36.95亿m3，最大年径流量出现在1992年，为53.37亿m3，最小年径流量出现在2002年，为22.09亿m3。
　　3）洪水特性
　　涪江流域洪水由暴雨形成，汛期暴雨频繁。涪江流域位于川北的人口密集区，自古以来就是暴雨洪涝灾害的重灾区，根据历史资料记载，涪江中下游干流上的绵阳市、三台县、射洪市等地在200多年间遭受大型洪灾高达32次之多，平均6年就会被洪水冲刷一次。人类活动对涪江流域的降水径流关系、产汇流机制以及径流的年内分配、年际与多年变化过程均有显著影响。
　　4）泥沙特性
　　涪江流域上游以高山、深切河谷为主，植被覆盖良好，河流悬移质含沙量相对较小，推移质含沙量较大；中下游以丘陵为主，多为耕地，区域含沙量相比涪江流域上游较大。涪江流域小河坝水文站输沙量多年（1980～2018年）均值为1180万t，流域输沙量主要集中在7～9月。涪江小河坝水文站2018年7月9～15日输沙量为3820万t，占该站2018年输沙量的73.9%。
　　1.1.4 地形地质
　　1.地形地貌
　　涪江流域位于青藏高原与四川盆地的过渡地带，流域内地貌形态差异显著。大致以江油市武都镇—绵阳市安州区一线为界，其西北区域地处龙门山地区，山峦叠嶂，地表海拔多在1000m以上。在多期次构造运动作用下，龙门山地区发育早更新世二郎山期夷平面（高程为3200～3500m）和中更新世涪江期夷平面。其中，涪江期夷平面可分为三个亚期夷平面，第一亚期夷平面分布于大火地一带，海拔2500～3000m；第二亚期夷平面由西北向东南倾斜，广泛分布于观雾山顶及唐王寨一带，海拔1600～2000m；第三亚期夷平面分布于大坪、代东坪、水窝凼一带，海拔800～1200m。在龙门山中高山区，河谷深切，以谷底宽度100～300m的峡谷为主，其岸坡高度基本大于200m；在涪江干流平武县—古城镇、南坝镇、响岩镇河段，亦有谷底宽度约1000m的宽谷区域分布。龙门山区涪江河段两岸断续发育Ⅰ～Ⅴ级河流阶地，受构造运动、外力剥蚀等因素影响，除平武县—古城镇河段阶地级序较为完整外，其余河段阶地分布较为零星，级序发育也不完整。
　　江油市武都镇—绵阳市安州区一线东南侧，主要为地势起伏较为平缓、丘陵和平坝广布的涪江中下游区域，其海拔下降至300～600m，相对于地处龙门山地区的上游区域，河谷明显展宽，谷底宽度一般为2000～4000m，在遂宁河段，谷底宽度达到6000m，两岸岸坡高度也下降到100m以下。该区域河流相对弯曲，边滩、心滩发育，沿河城镇主要分布于河流Ⅰ级阶地面上。
　　2.地层岩性
　　在涪江流域，新元古界震旦系地层到新生界第四系地层均有出露，地层岩性较为复杂，火成岩、沉积岩、变质岩均有广泛的分布。具体来看，三舍驿村（松潘县黄龙乡）—双河村（平武县锁江羌族乡）以北，出露震旦系至三叠系地层及第四系的地层，岩性主要为凝灰岩、砂岩、碳酸盐岩、板岩等；三舍驿村—双河村以南到曲山镇[北川羌族自治县（简称北川县）]—南坝镇（平武县）以北，也分布震旦系至三叠系地层及第四系的地层，岩性主要为凝灰岩、角斑岩、结晶灰岩、变质砂岩、千枚岩、碳质板岩等；曲山镇—南坝镇一线以南到武都镇（江油市）—安州区（绵阳市）一线以北，出露寒武系至三叠系地层及第四系地层，岩性主要为碳酸盐岩和砂岩，该区域因地表水和地下水长期溶蚀，岩溶地貌发育；武都镇—安州区一线以南，主要分布侏罗系、白垩系地层，岩性以砂岩、页岩、泥岩等沉积岩类为主。在整个涪江流域，第四系地层广泛分布于沿河道发育的河漫滩及河流阶地面上，阶地物质下部为砂砾石，上部多为粉砂、黏土，具二元结构。
　　3.地质构造及地震
　　1）地质构造
　　涪江流域主要跨越三个地质构造单元，平武县古城镇以北、虎牙藏族乡（简称虎牙乡）以东属摩天岭褶断带，古城镇以南、江油市武都镇以北属龙门山褶断带，武都镇以南属四川地台区。具体分区如下。
　　摩天岭褶断带：摩天岭褶断带在地质时期遭受过不同方向的挤压作用，以强烈的褶皱变形为主，褶断带内发育一系列叠瓦状逆冲断层，可见近东西向断裂被北西向虎牙断裂错断现象，区域内岩层较为破碎。
　　龙门山褶断带：龙门山褶断带主要构造形迹为北东—南西向，根据构造特征，汶川—茂县断裂和北川—映秀断裂所夹持的区域为后龙门山褶断带，该区域以韧性变形的背斜构造为主体；北川—映秀断裂和彭县（现彭州市）—灌县（现都江堰市）断裂所夹持的区域为前龙门山褶断带，以向斜构造（唐王寨向斜）为主体，该区域亦发育一系列延伸距离较短的叠瓦式冲断层。
　　四川地台区：武都镇以南基本隶属涪江中下游地区，地质构造属扬子准地台的次一级构造单元—四川沉降带，主要构造为绵阳帚状构造、德阳—中江环状构造、川中褶皱带等，以较为平缓的褶皱构造为主，断裂构造少见。
　　2）地震
　　涪江流域的地震活动主要受龙门山构造带三条主干断裂（汶川—茂县断裂、北川—映秀断裂、彭县—灌县断裂）和岷山断块的东边界—虎牙断裂所控制，其优势发震深度为5～20km，均为浅源性地震。
　　汶川—茂县断裂又称龙门山后山断裂，南西端在泸定冷碛附近与南北向的大渡河断裂相交，向北东插入陕西省境内，1657年4月21日汶川附近发生的6.5级地震即位于该断裂带上；北川—映秀断裂又称龙门山主中央断裂，南西端始于泸定附近，向北东插入陕西省境内与勉县—阳平关断裂相交，在龙门山构造带几条主干断裂中，该断裂显示出较强的活动性，1958年2月8日北川6.2级地震、2008年5月12日汶川8.0级特大地震均发生在该断裂上；彭县—灌县断裂又称龙门山主边界断裂，南西端始于天全附近，向北东延伸至陕西省汉中市一带消失，1327年9月天全6.0级地震、1970年2月24日大邑6.2级地震、2013年4月20日芦山7.0级地震就发生在该断裂上。虎牙断裂南起平武县银厂沟，向北经虎牙、小河错切雪山断裂后在王朗国家级自然保护区附近断续出露，虎牙断裂带附近地区发生过多次强震，包括1973年8月11日黄龙附近的6.5级地震、1976年8月16日松潘—平武7.2级地震、2017年8月8日九寨沟7.0级地震，表明虎牙断裂仍有较强活动性。
　　就涪江流域范围而言，自1970年以来，该流域内共发生各级地震100余次。2008年汶川地震发生之前，涪江流域发生3.0～3.9级地震8次，4.0～4.9级地震1次，震级最大的为1994年2月25日发生在江油市彰明镇的4.5级地震，震中烈度为Ⅵ度。2008年汶川地震发生之后，因汶川地震的发震断裂—北川—映秀断裂横贯涪江流域，该流域范围内余震频发，如2016年6月27日北川县发生4.6级地震，2020年10月21日和22日北川县连续发生4.6级地震和4.7级地震等。有历史记载以来，涪江流域内震级最大的地震为1976年8月16日、23日在涪江上游松潘县、平武县之间相继发生的两次7.2级强烈地震。
　　4.水文地质条件
　　流域内地下水存储情况受岩性、构造等因素影响。在涪江上游流域，断裂构造发育，断裂活动导致岩体较为破碎，岩石中裂隙广布，再加上上游流域碳酸盐岩分布面积广，降水充沛，岩溶地貌发育，为岩体中地下水的存储和运移提供了地质条件。该区域松散层孔隙水主要分布于河流冲积堆积层等第四系松散堆积物中，基岩裂隙水主要分布于砂岩、页岩的构造裂隙中，岩溶裂隙水主要赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中。
　　涪江中下游主要为丘陵、平坝区，无规模巨大、深切地下且发育时期较长的区域性断裂构造分布，岩体中裂隙不发育，岩层倾角较小，多为砂岩与泥岩互层，泥岩等黏土岩类为隔水层，该区域地质构造不利于地下水的产生和存储，因而涪江中下游流域地下水较贫乏。

目录
第1章 涪江流域地理环境特征 1
1.1 自然地理概况 1
1.1.1 流域地理位置 1
1.1.2 河流水系 1
1.1.3 气候水文 2
1.1.4 地形地质 4
1.1.5 自然资源 7
1.1.6 自然灾害 9
1.2 社会经济概况 10
1.2.1 行政区划及人口 10
1.2.2 GDP及其组成 11
1.2.3 工业 11
1.2.4 农业 11
1.2.5 交通 11
1.3 涪江流域水资源利用与环境保护现状 12
1.3.1 基本情况 12
1.3.2 水资源 13
1.3.3 水环境 13
1.3.4 主要问题 14
1.4 绵阳市涪江流域水资源利用与环境保护现状 14
1.4.1 基本情况 14
1.4.2 主要问题 16
1.5 涪江流域地貌特征及其与人口、经济相关性 18
1.5.1 研究区概况 19
1.5.2 研究方法 20
1.5.3 地貌特征 21
1.5.4 人口与县域经济空间分布 23
1.5.5 地貌特征与人口、经济关系 25
1.5.6 分析结果 26
参考文献 26
第2章 LUCC及生态环境效应研究理论与方法 28
2.1 LUCC及生态环境效应研究概述 28
2.1.1 LUCC研究动态 28
2.1.2 LUCC研究存在的问题 29
2.1.3 LUCC研究展望 30
2.2 LUCC及生态环境效应研究基础理论 30
2.2.1 土地生产力理论 31
2.2.2 土地区位理论 31
2.2.3 土地市场理论 31
2.2.4 可持续发展理论 32
2.2.5 地域分异规律 32
2.2.6 土地生态学理论 32
2.2.7 人地关系理论 33
2.2.8 土地信息系统理论 33
2.3 LUCC定量化分析模型 34
2.3.1 土地利用数量变化特征分析方法 34
2.3.2 土地利用程度及空间分异特征分析方法 34
2.3.3 土地利用景观格局分异特征分析方法 38
2.4 LUCC生态环境效应模型 40
2.4.1 LUCC生态环境质量模型 40
2.4.2 LUCC生态安全响应模型 44
2.4.3 LUCC生态服务功能分析模型 46
参考文献 51
第3章 涪江流域土地利用与景观格局时空分异特征 53
3.1 数据来源及处理 53
3.1.1 数据来源 53
3.1.2 数据处理 53
3.2 土地利用景观时序变化特征 54
3.2.1 土地利用程度 54
3.2.2 土地利用变化幅度分析 56
3.2.3 土地利用动态度 57
3.2.4 土地利用转移矩阵 57
3.2.5 土地利用综合动态度 59
3.2.6 分析结果 59
3.3 土地利用景观格局时空分异特征 61
3.3.1 土地利用景观格局总体特征 61
3.3.2 土地利用景观类型分异特征 62
3.3.3 分析结果 66
参考文献 67
第4章 涪江流域LUCC的生态环境效应 68
4.1 土地利用变化的植被NPP分析 68
4.1.1 植被NPP研究方法 68
4.1.2 植被NPP空间分布特征 69
4.2 土地利用变化的土壤侵蚀量分析 72
4.2.1 土壤侵蚀定量评价研究方法 72
4.2.2 土壤侵蚀定量评价分析 75
4.3 自然生态环境质量 81
4.3.1 自然生态环境质量监测研究方法 81
4.3.2 自然生态环境质量结果 82
4.4 分析结果 88
参考文献 89
第5章 涪江流域LUCC驱动力分析 91
5.1 研究方法 91
5.1.1 土地利用转移矩阵 91
5.1.2 驱动力指标体系构建 91
5.1.3 IDW空间插值 92
5.1.4 指标归一化处理 92
5.1.5 空间主成分分析 92
5.2 涪江流域土地利用变化及其驱动力定量分析 93
5.2.1 涪江流域土地利用变化分析 93
5.2.2 涪江流域土地利用变化驱动力分析 97
参考文献 103
第6章 涪江流域生态用地时空分异特征分析 104
6.1 数据来源及处理 104
6.1.1 数据来源 104
6.1.2 数据处理 105
6.2 研究方法 107
6.2.1 土地利用动态度 107
6.2.2 土地利用转移矩阵 107
6.3 土地利用类型识别 108
6.3.1 土地利用类型划分 108
6.3.2 土地利用类型时空分异特征 109
6.4 生态用地时空异质性特征分析 111
6.4.1 生态用地分类体系 111
6.4.2 生态用地时序变化特征 111
6.4.3 生态用地动态度特征 114
6.4.4 生态用地空间分异特征 115
6.4.5 生态用地土地利用转移矩阵 121
6.5 本章小结 125
参考文献 126
第7章 涪江流域生态用地生态安全评价 127
7.1 生态用地生态安全格局评价指标体系构建 127
7.1.1 指标体系构建原则 127
7.1.2 自然环境维度 128
7.1.3 社会环境维度 129
7.1.4 景观格局维度 130
7.2 空间主成分分析确定指标权重 131
7.2.1 指标权重确定方法 131
7.2.2 测算结果 132
7.3 综合景观生态安全空间分布特征 133
7.3.1 景观生态安全指数测算方法 133
7.3.2 景观生态安全指数空间分异特征 134
7.4 单维度生态安全与综合生态安全对比 135
7.4.1 自然环境维度 135
7.4.2 社会环境维度 137
7.4.3 景观格局维度 137
7.5 流域景观生态安全空间关联特征分析 139
7.5.1 评价模型与程序 139
7.5.2 测算结果分析 139
7.6 本章小结 142
参考文献 142
第8章 涪江流域生态用地景观格局优化 144
8.1 景观格局优化模型构建 144
8.1.1 最小累积阻力模型 144
8.1.2 景观格局优化效果评估 145
8.2 景观格局优化结果 146
8.2.1 生态源地识别 146
8.2.2 景观格局阻力面的确定 147
8.2.3 生态廊道的构建 149
8.2.4 生态节点的识别 151
8.3 流域景观格局优化效果评估 152
8.4 本章小结 153
参考文献 154