城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化

朱琳; 刘畅; 李小娟; 郭高轩; 潘云

doi:10.3799/dqkx.2013.104

城市扩张下的北京平原区降雨入渗补给量变化

doi: 10.3799/dqkx.2013.104

朱琳^{1, 2, 3,},
刘畅^{1, 2, 3},
李小娟^{1, 2, 3},
郭高轩⁴,
潘云^{1, 2, 3}

1.
首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048
2.
北京市城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地，北京 100048
3.
资源环境与地理信息系统北京市重点实验室，北京 100048
4.
北京市水文地质工程地质大队，北京 100195

基金项目:

国家自然科学基金 41201420

国家自然科学基金 41130744

国家自然科学基金 41101033

北京市科技新星项目 Z111106054511097

高等学校博士学科点专项科研基金 10221010091

详细信息

作者简介:
朱琳(1980-)，副教授，主要研究方向为水资源信息技术.E-mail: hi-zhulin@163.com

中图分类号: P641.8
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出版历程
- 收稿日期: 2012-11-23
- 刊出日期: 2013-09-15

Precipitation Infiltration Change in Beijing Plain in the Context of Urbanization

ZHU Lin^{1, 2, 3
,},
LIU Chang^{1, 2, 3},
LI Xiao-juan^{1, 2, 3},
GUO Gao-xuan⁴,
PAN Yun^{1, 2, 3}

1.
College of Resource Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China
2.
State Key Laboratory Incubation Base of Urban Environmental Processes and Digital Simulation, Beijing 100048, China
3.
Beijing Key Laboratory of Resources Environment and Geographic Information System, Beijing 100048, China
4.
Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195, China

摘要

摘要: 结合WetSpass模型与地理信息系统(geographic information system，GIS)、遥感(remote sense，RS)技术分析了城市扩张引起的土地利用类型变化对北京平原区降水入渗补给量的影响.在估算出1982年和2007年降水入渗补给量的基础上，将2007年土地利用类型还原成1982年的情景重新估算，利用转移矩阵分析两年土地利用类型的相互转化关系，同时，基于GIS空间数据统计功能，计算出不同土地利用类型下的地下水补给量.结果表明，1982年至2007年，研究区内水浇地减少874 km²，其中517 km²转变为城镇建设用地.相对于1982年，2007年城镇建设用地扩张了831 km²，区内降水入渗补给量减少约3 000万m³.研究成果可以为北京平原区的地下水资源保护及土地资源配置提供较为科学的参考.
- 城市化 /
- 降雨入渗补给 /
- WetSpass模型 /
- 土地利用
Abstract: The WetSpass model is used to analyze the impact of urbanization on precipitation infiltration recharge in Beijing Plain combined with the technology of GIS (geographic information system) and RS (remote sense) in this paper. Based on the simulated precipitation infiltration in 1982 and 2007, the influence of land use changing on the precipitation infiltration is quantitatively analyzed by assuming the land-use type in 2007 was the same as that in 1982, and re-running WetSpass model with other input data in 2007. The transfer matrix is used to analyze the mutual transformation relationship of land-use types in the above-mentioned two years, and the statistical function of GIS is used to calculate the groundwater recharge under different land-use types. Results show that the area of irrigable land decreased by 874 km² from 1982 to 2007, among which 517 km² turned to the central urban land. The central urban area increased by about 831 km². The increasing urban area and the decreasing crop area eventually lead to the reduction of the average groundwater recharge. The groundwater recharge decreased by about 3×10⁷ m³ in 2007 compared with the value under the simulated condition. The precipitation infiltration changed obviously in the region around Chaoyang and Fengtai districts characterized by significant urban expansion. This study can be a scientific reference for the groundwater resources protection and city layout of Beijing Plain.
- urbanization /
- precipitation infiltration /
- WetSpass model /
- land use

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图 1 研究区地理位置示意图

Fig. 1. The study area

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图 2 1982年(a)和2007年(b)降水入渗补给量

Fig. 2. Simulated groundwater recharge of 1982 (a) and 2007 (b)

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图 3 1982年(a)和2007年(b)土地利用类型

Fig. 3. Land use types of Beijing Plain in 1982(a) and 2007(b)

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图 4 2007年模拟的降水入渗补给量(a)和2007年实际的降水入渗补给量(b)

图 4a的假设条件：土地利用类型采用1982年的，其他条件保持2007年的实际情况

Fig. 4. Simulated groundwater recharge under land use of 1982(a) and 2007(b)

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图 5 降水入渗补给量直方图

a.2007年模拟值(假设条件：土地利用类型采用1982年的，其他条件保持2007年的实际情况)；b.2007年实际值

Fig. 5. Precipitation infiltration recharge histogram

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图 6 水浇地、旱地减少区域分布(a)和城镇建设用地、农村聚落扩张区域分布(b)

Fig. 6. Area of irrigated land and dry land in 1982, which disappeared in 2007 (a) and urban construction land and rural settlement which transferred from other land use type in 2007(b)

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表 1 北京平原区1982—2007年土地利用类型面面积转移矩阵(km²)

Table 1. Transfer matrix of land use type areas from 1982 to 2007

	落叶针叶林	落叶阔叶林	针阔混交林	灌丛	灌丛草地	水田	水浇地	旱地	城镇建设用地	农村聚落	内陆水体	河湖滩地	裸地
落叶针叶林	65.38	0.00	0.00	0.00	1.27	0.00	6.78	31.98	0.00	0.04	0.00	0.02	0.00
落叶阔叶林	0.71	169.63	0.00	0.00	1.51	0.00	14.66	8.00	0.00	0.12	0.59	3.27	0.00
针阔混交林	0.01	0.00	4.92	0.00	0.91	0.00	2.50	0.03	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
灌丛	0.00	0.04	0.00	5.16	0.00	0.00	0.01	0.01	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
灌丛草地	0.00	0.00	0.00	0.06	35.45	0.00	0.30	0.12	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
水田	0.00	0.18	0.00	0.00	0.28	182.27	0.96	2.08	0.03	0.14	0.28	1.10	0.00
水浇地	0.23	9.70	0.00	0.00	1.88	0.36	2 984.33	6.91	1.37	1.17	5.49	1.48	0.00
旱地	0.00	0.24	0.00	0.00	0.00	0.09	1.59	60.70	0.05	1.84	0.20	0.48	0.00
城镇建设用地	4.96	12.68	0.00	0.09	2.13	24.58	517.42	108.06	543.67	159.61	5.79	0.96	0.00
农村聚落	2.18	2.57	0.00	0.00	4.96	20.62	306.99	20.95	2.29	568.39	1.13	0.52	0.00
内陆水体	0.18	0.27	0.00	0.00	0.63	2.66	43.09	5.61	0.00	0.09	79.32	4.01	0.00
河湖滩地	0.00	0.03	0.00	0.00	1.16	0.00	2.80	0.51	0.00	0.23	1.50	84.71	0.00
裸地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.16

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表 2 不同土地利用类型条件下降水入渗补给量变化

Table 2. Change of precipitation infiltration from assuming environment to actual environment in 2007

土地利用类型	实际的平均降水入渗补给量(mm)	实际的降水入渗补给总量(10⁴ m³)	模拟的平均降水入渗补给量(mm)	模拟的降水入渗补给总量(10⁴ m³)	变化量(10⁴ m³)
落叶针叶林	7.07	74.98	6.33	46.56	28.41
落叶阔叶林	10.08	199.13	9.90	192.34	6.80
针阔混交林	6.74	5.64	7.85	3.86	1.79
灌丛	35.48	18.31	35.64	18.58	-0.27
灌丛草地	105.35	374.15	95.31	473.70	-99.55
水田	73.73	1 383.90	69.31	1 603.42	-219.52
水浇地	76.83	23 276.75	77.03	30 072.32	-6 795.57
旱地	78.26	509.64	83.64	2 047.03	-1 537.39
城镇建设用地	45.11	6 211.95	38.68	2 109.97	4 101.99
农村聚落	78.31	7 203.09	78.70	5 615.52	1 587.57
内陆水体	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
河湖滩地	115.50	1 045.88	110.14	1 060.71	-14.83
裸地	126.38	1.88	126.38	1.88	0.00

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