郑州市景观格局演变对地表径流的影响_徐怡宁.pdf

第 57 卷第 1 期河 南 农 业 大 学 学 报Vol 57No 12023 年2 月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb2023收稿日期:20220906基金项目:国家自然科学基金青年项目(51808198);河南省城乡绿地资源调控与景观生态设计学科创新引智基地项目(GXJD006);河南省高等学校重点科研项目(18A220003)作者简介:徐怡宁(1996)，女，河南巩义人，硕士研究生，主要从事城乡绿地资源调控。通信作者:田国行(1964)，男，河南封丘人，教授，博士，博士生导师。引用:徐怡宁，朱莹莹，田国行，等 郑州市景观格局演变对地表径流的影响 J 河南农业大学学报，2023，57(1):96108DOI:10 16445/j cnki 10002340 20221214 001郑州市景观格局演变对地表径流的影响徐怡宁，朱莹莹，田国行，李华威，董娜琳(河南农业大学风景园林与艺术学院，河南 郑州 450002)摘要:【目的】揭示郑州市景观格局与径流过程的相互关系，实现区域景观格局的可持续发展。【方法】以郑州市20002020 年土地利用数据为数据集，利用景观指数计算、SCS-CN 模型模拟、皮尔逊相关性分析等多学科方法，探究景观格局变化对地表径流的影响。【结果】1)20002020 年郑州市土地转移主要发生在耕地、建设用地和林地之间，下垫面扰动使得景观斑块破碎、形状复杂化，景观格局聚集度增加、邻接性减弱。2)经过修正的 SCS-CN 模型能够较为准确模拟郑州市地表径流变化特征。研究期间地表径流不断增加，但增幅减小，其中 20002010 年、20102020 年地表径流深度分别增加 1 42、1 31 mm;径流变化空间分布差异显著，呈现“城镇周边增加，城区降低;东部增加，西南降低”的特征，径流量和空间分布受多种因素的影响。3)径流变化与 LSI 变化间呈显著正相关关系，与 LPI、COHESION 呈负相关关系，而与 PD、FAC_AM 的相关性呈波动变化，说明景观斑块破碎化程度越高、形状越复杂且各类型景观间的邻接性越低，径流量的增幅就越大，透水景观斑块之间越连通，越容易拦截径流。【结论】城市化造成的景观格局变化对地表径流影响显著，可以通过合理的景观格局配置，考虑增加绿地生态空间用地等措施提高透水景观对雨水下渗和径流拦截的效率，达到拦蓄削减径流的目的。关键词:景观格局;SCS-CN 模型;径流变化;相关性中图分类号:P333;P901文献标志码:A文章编号:10002340(2023)01009613Impact of Zhengzhou landscape pattern changes on surface runoffXU Yining，ZHU Yingying，TIAN Guohang，LI Huawei，DONG Nalin(College of Landscape Architecture and Art，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)Abstract:【Objective】This study was conducted to reveal the interaction between the landscape patternand the runoff process in Zhengzhou，and realize the sustainable development of the regional landscapepattern【Method】Taking the land use data of Zhengzhou City from 2000 to 2020 as the dataset，the im-pact of landscape pattern changes on surface runoff was studied using the methods of landscape indexcalculation，SCS-CN model simulation and Pearson correlation analysis【esult】1)From 2000 to 2020，land transfer in Zhengzhou mainly occurred between cultivated land，construction land and forest landThe disturbance of the underlying surface caused the landscape patches fragmented and complex inshape，increasing the aggregation degree of the landscape pattern and weakening the adjacency 2)Therevised SCS-CN model can accurately simulate the variation characteristics of surface runoff in Zheng-zhou During the study period，the surface runoff increased continuously，however，the increase showeda decreasing trend Duing 2000-2010，and 2010-2020，the increment of runoff depth was 1 42 and 1 31mm respectively The spatial distribution of runoff changes is significantly different，showing the charac-第 1 期徐怡宁，等:郑州市景观格局演变对地表径流的影响97teristics of“increasing around towns and decreasing in urban areas;increasing in the east and decreasingin the southwest”The runoff and spatial distribution are affected by many factors 3)There was a signi-ficant positive correlation between runoff change and LSI change，a negative correlation with LPI andCOHESION，and a fluctuating correlation with PD and FAC_AM，indicating that the higher the frag-mentation degree of landscape patches，the more complex the shape and the lower the adjacency betweenvarious types of landscapes，the greater the increase rate in runoff The more connected the permeablelandscape patches are，the easier it is to intercept runoff【Conclusion】Landscape pattern changescaused by urbanization has a significant impact on surface runoff，and measures such as increasing theuse of green ecological space can be considered to improve the efficiency of permeable landscape forrainwater infiltration and runoff interception through reasonable landscape pattern configuration，so as toachieve the purpose of interception and reduction of runoffKey words:landscape pattern;SCS-CN model;runoff change;correlation受全球气候变暖和人类活动的双重影响，城市下垫面景观格局发生变化的同时，暴雨洪涝的孕灾环境和地表水文循环过程也发生了极大改变，这种变化造成极端降雨事件发生的频次显著增加13。由暴雨造成的城市洪涝等问题日益突出，引起社会各界的强烈关注，特别是郑州 720 罕见暴雨事件影响甚广4。随着城市持续扩张，原有地表自然或半自然景观被人工不透水景观替代，使得区域景观特征由连续完整向破碎、异质转变，直接影响到城市地表径流过程56。当前，国内外学者较多采用分布式水文模型径流曲线(SCS)模型、水文土壤评估(SWAT)模型从土地利用或者景观指数变化角度对景观格局变化的径流响应开展了大量研究711。其中，SCS 模型由于结构简单，输入参数较少且易获得12，被广泛用来模拟土地利用、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面及降雨条件下的径流1314。LIU 等15 指出，SCS 模型能够有效模拟中国黄土高原流域径流。AL-GHOBAI 等16 将GIS 技术和 SCS 模型结合得到适合半干旱地区条件的径流曲线值(curve numbers，CN)，从而更准确地估算该区域地表径流。土地利用角度，田甜等13 直接用 SCS 模型模拟不同类型用地产流情况，发现与耕地和林地相比，建设用地景观对重庆市主城区径流的影响更大。CALLOW 等17 研究发现，径流受景观连通性的影响程度较强。徐玄清等18 研究发现，五华河流域景观形状指数与年径流量呈负相关关系。吴江华等8 研究发现，西安市主城区绿地等自然景观指数变化与径流变化间呈负相关关系。而 ZHANG 等11 研究结果表明，景观格局指数变化与产流产沙量变化相关性较弱且不显著。综上所述，不同区域景观格局对地表径流的影响差异较大，且 SCS 模型在实际应用中，有关郑州市的研究鲜少考虑现状地形19。因此，本研究以郑州市为例，基于 2000、2010、2020 年 3 期土地利用数据，借助 Fragstats 软件计算景观指数，采用经过初损雨量和坡度修正后的 SCS-CN 模型结合 ArcGIS10 8 计算地表径流，并用皮尔逊(Pear-son)相关性分析方法探讨径流变化对景观格局变化的响应，为城市径流消减以及国土空间优化指导提供参考。1研究区基本情况1 1研究区概况郑州市位于河南省中部偏北、中原腹地，地势自西南山地、丘陵向东北平原、冲积平原倾斜;整体地形起伏较大，相对高差 1 471 m(图 1)。气候属温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同期，干冷同季。降雨时空分布不均匀，年均降雨量 640 8 mm;年内降雨主要集中在 69 月份，占全年降雨量的62 01%71 27%。研究区总面积 7 567 km2，2020年末常住人口城镇化率为 74 6%。1 2研究数据来源与处理1 2 1土地利用数据研究所用的 2000、2010、2020 年 3 期 30 分辨率的地表覆盖数据来源于全球 30 m 地表覆盖遥感制图(http:/www global-landcover com/)。研究区裸地数量极少，因此将其与其他景观合并，经 ArcGIS10 8 软件裁剪投影等处理后，得到包含耕地、林地、草地、湿地、水体、人造地表 6 类景观类型的景观格局分布图(图 2)。1 2 2DEM 数据DEM 数据为 ASTGTM2，空间分辨率为 30 m，来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http:/www gscloudcn)。利用 GIS 软件中的 Slope 工具处理得到郑州市平均坡度为 8 16%，Hydrology 模块划分子汇水区，为后续水文分析做准备。98河南农业大学学报第 57 卷图 1郑州市地形因子图Fig 1Topographic factors in Zhengzhou图 220002020 年郑州市景观格局分布Fig 2Land cover of Zhengzhou from 2000 to 20201 2 3土壤数据研究所用的 1100 万土壤数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心，根据美国农业部水土保持局(USDA)的土壤分类，归类相似产流能力土壤，构成水文土壤组(hydrologic soilgroup，HSG)20，依据渗透能力的高低和导水性差别进行分类，将水文土壤划分为 A 类、B 类、C 类和D 类，得到郑州市水文土壤分类结果(表 1)。表 1郑州市土壤水文类型(HSG)Table 1Hydrology soil types of Zhengzhou(HSG)最小下渗率/(mmh1)Minimum infiltration rate土壤质地Soil texture土壤类型Soil type水文土壤Hydrologic soil面积/km2Area比例/%Proportion7 26沙土、砾石土新积土、珊瑚砂土、初育土_石质土、钙质石质土、酸性粗骨土、钙质粗骨土、渗育水稻土A89611 843 817 26粉沙壤土初育土_黄绵土、砂姜黑土、半水成土_潮土、湿潮土B2 04026 961 273 81黏壤土棕壤性土、褐土、淋溶褐土、褐土性土C4 60560 860 001 27黏土积钙红黏土D260 34124水文气象数据降水数据为国家气象科学数据中心 20002020 年郑州市 7 个气象站点的逐日降水数据，考虑到研究区降水集中在汛期(69 月)，且暴雨事件多发生于该时期，研究筛选24 h 最大降雨量2953 mm(2005 年7 月22 日荥阳站观测数据)作为统一降水数据输入模型。水文数据中牟水文站径流量来源于全国水雨情信息(http:/xxfb mwr cn/indexhtml)，用于模型参数验证。2研究方法2 1SCS-CN 模型构建与参数验证2 1 1SCS-CN 模型构建20 世纪 50 年代，美国农业部水土保持局(Soil and Water ConservationService)开发了 SCS 水文模型，该模型最初被用来估算小流域的地表径流深度，后来扩展到非农业流域2123。模型以水量平衡方程和 2 个基本假设为基础。水量平衡方程为:P=Ia+F+Q(1)第一个假定:径流与潜在最大径流的比值与入渗和潜在最大保持量的比值相等，公式为:QPIa=FS(2)第二个假定:初损量 Ia和潜在最大降水损失量 S 呈比例，公式为:Ia=S(0 0950 38)(3)根据公式(13)得到 Q:第 1 期徐怡宁，等:郑州市景观格局演变对地表径流的影响99Q=(PS)2P+(1)SPS0PS(4)标准 SCSCN 模型中=0 2，带入公式(4)得到 SCSCN 典型计算公式:Q=P0 2S()2P+0 8SP0 2S0P0 2S(5)为了计算方便和输出结果精确，学者在后期研究基础上提出 S 与 CN 的关系为:S=25 400CN254(6)式中:Q、P、S 分别为径流深度/mm，降雨总量/mm，最大可能滞留量/mm;F 为实际保持量/mm;Ia为研究区初损量/mm;为初损率;CN 为量纲参数，反应降雨前流域特征的一个综合参数，取值范围为0CN100。SCS 模型根据研究区前 5 d 的降雨量把土壤湿润程度划分为干燥状态(AMC)、正常状态(AMC)及湿润状态(AMC)3 种类别。研究假定郑州市前期土壤湿润程度正常状态(AMC)，根据 SCS 模型提供的 CN 值查算表以及郑州市土壤分类图、土地利用分类图，参考国内外研究者的研究成果，确定郑州市 AMC下的 CN 值矩阵(表 2)。表 2郑州市在 AMC状态下 CN 值Table 2CN value in Zhengzhou under the state of AMC土地利用类型Land use typesCN 的水文土壤分类 Soil groups of hydrologyABCD耕地Cultivated land67788589林地Forest land25557077草地Grassland39617480湿地Wetland90929496水体Water98989898建设用地Construction land77859092径流曲线数 CN 和初损量 Ia是 SCS 模型的 2个重要参数。径流对 CN 值的变化非常敏感，前人研究表明，CN 值10%的变化会导致径流从45%变化到 55%21。因此，在径流模拟中根据郑州市地形因子采用 HUANG 坡度修正公式24。进行CN 修正，得到坡度修正后的 CNIIs值。公式如下:CNIIs=CNII322 79+15 63slpslp+323 52(7)式中:slp 为下势面平均坡度。标准 SCS 模型=0 2，取值是根据美国的实测资料，但是 在不同区域取值不同，且其实用性和有效性未知 2526，特别是郑州市地形复杂区域。研究用坡度修正过 SCS 模型，取值范围0 到1，以001 为起始，步长001，将最小平方差(LSE)公式(8)作为最优判定标准进行产流模拟。LSE=minni=1(Qobsi Qcali)2(8)式中:Qobsi和 Qcali分别为第 i 次实际观测和预测流量/mm，n 为径流观测总次数。运用初损雨量修正和坡度修正后的 SCSCN模型，固定其他参数不变，将研究期间最大 24 h 降雨量 295 3 mm 输入模型，对研究区 2000 年、2010年、2020 年 3 种景观格局下径流深度进行模拟统计，计算研究区整体和子汇水区在 3 种景观格局下的径流变化率，计算公式为:Qa=Qa，mQa，nQa，n100%(9)式中:Qa为 a 类景观的径流变化率;m、n 为年份，取值为 m=2010 时，n=2000;m=2020 时，n=2000或 2010;Qa，m、Qa，n分别为 a 类景观在 m、n 年景观格局下的径流深度模拟值。2 1 2模型评价参数研究选用决定系数(2)和纳什效率系数(NSE)较为常见的模型评价参数模拟结果的准确性，并将模型模拟径流结果与实测径流数据对比，从而判断该模型在研究区的适应性。2、NSE 为越大越优型指标27。2 2景观指数选取与计算景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标28。景观指数能够更直观、客观地表达景观特征29。研究从景观的破碎度、聚集程度、形状复杂性等方面考虑，并参考近年来郑州市景观格局相关研究3031，选取斑块密度指数(PD)、最大斑块面积指数(LPI)、平均面积权重分维数指数(FAC_AM)、景观形状指数(LSI)、散布与并列指数(IJI)、聚集度指数(COHESION)6 个景观指数来探究郑州市景观格局的空间变化特征。各指数的公式和生态学意义通过查阅 Fragstats 软 件 手 册 及 参 考 相 关 文 献获得28。利用 ArcGIS 软件统计研究区整体和子汇水区2000 年、2010 年、2020 年 3 个时期景观格局指数，计算 研 究 区 整 体 和 子 汇 水 区 20002010 年、20102020 年、20002020 年的景观格局变化率，计算公式为:100河南农业大学学报第 57 卷a=Ka，mKa，nKa，n100%(10)式中:a为 a 类景观格局变化率;m、n 取值同公式(9)。Ka，m、Ka，n分别表示 a 类景观在 m、n 年的景观指数取值。2 3景观格局变化与地表径流变化的相关性分析研究借助 SPSS26 0 软件，采用 Pearson 相关分析法及双尾显著性检验，计算研究区整体和子汇水区在 3 种景观格局下，景观格局指数变化率与径流变化率之间的相关性，以此来探究景观格局变化对地表径流变化的影响。3结果与分析3 1郑州市土地利用及景观格局变化分析3 1 1郑州市土地利用变化分析用 ArcMap 软件对郑州市 2000、2010、2020 年数据进行叠加处理，得到不同时段的土地利用转移矩阵，利用弦图(图 3)和 Fragstats4 2 软件分析不同土地利用结构的变化规律及景观指数，以便更好地分析径流变化对景观格局演变的响应。根据不同时期土地利用转移矩阵(表 3)，可以看出，20002010 年耕地呈现流出态势，反映出该时期城市发展以增量用地为主，由城区向周边扩展。林地面积流入大于流出，主要由耕地转入，这与河南省 2002 年退耕还林工程启动有关，大面积退耕地造林、封山育林、荒山造林等活动恢复植被覆盖32。20102020 年(表 4)，研究区耕地仍为转出状态，主要转为建设用地。水体超过建设用地成为耕地转入的另一主要用地类型，转入面积118 55 km2。总体上，20002020 年(表 5)郑州市耕地转出最多，主要转为建设用地 1 501 29 km2。水体和建设用地转出较多，主要都转为耕地。从转移强度上看，耕地和建设用地的转移最为活跃，其次为林地和草地，其他用地转移不显著。从转移方向来看，建设用地的转入远大于转出，耕地则相反。水体的转出大于转入，湿地相反，林地和草地转入与转出基本持平。图 320002020 年郑州市土地利用转移弦图Fig 3Chord diagram of landscape use transfer in Zhengzhou from 2000 to 2020表 3郑州市 20002010 年土地利用变化转移矩阵Table 3Land use change transfer matrix of Zhengzhou from 2000 to 2010km22010 年2010 year耕地Cultivated land林地Forest land草地Grassland湿地Wetland水体Water建设用地Construction land转出总计Total out2000 年2000 year耕地 Cultivated land46 9610 85 1599 73724 6886 77林地 Forest land35 5320 5600 161 2657 45草地 Grassland10 0721 2800 120 8932 22湿地 Wetland8 220 050 0311 240 0519 23水体 Water63 120 410 158 528 3880 07建设用地Construction land113 390 470 3801 56115 63转入总计Total transferred in229 3669 1631 9213 67112 8734 451191 37第 1 期徐怡宁，等:郑州市景观格局演变对地表径流的影响101表 4郑州市 20102020 年土地利用变化转移矩阵Table 4Land use change transfer matrix of Zhengzhou from 2010 to 2020km22020 年2020 year耕地Cultivated land林地Forestl and草地Grassland湿地Wetland水体Water建设用地Construction land转出总计Total out2010 年2010 year耕地 Cultivated land22 3914 779 0128 56886 37960 4林地 Forest land24 422 9300 266 7154 24草地 Grassland5 5523 9700 132 7832 29湿地 Wetland9 9500 32 590 0612 71水体 Water118 550 015 0922 4713 15158 83建设用地Construction land74 990 550 590 010 9777 09转入总计Total transferred in233 0646 9143 6731 532 51907 921295 57表 5郑州市 20002020 年土地利用变化转移矩阵Table 5Land use change transfer matrix of Zhengzhou from 2000 to 2020km22020 年2020 year耕地Cultivated land林地Forest land草地Grassland湿地Wetland水体Water建设用地Construction land转出总计Total out2000 年2000 year耕地 Cultivated land44 7121 1820 4538 51501 291625 27林地 Forest land35 1926 5900 257 4569 4草地 Grassland8 928 2200 153 4940 59湿地 Wetland13 40 040 083 880 4517 45水体 Water97 30 263 1510 2226 84136 94建设用地Construction land86 570 560 6700 5788 28转入总计Total transferred in240 5473 7751 6630 6743 341537 931977 923 1 2郑州市景观格局变化分析从斑块类型水平看(图 4)，20002020 年，耕地是郑州市的优势景观类型，其斑块密度和散布与并列指数一直高于其他类型景观，处于高值状态，这与地处河南全国第二产粮大省有关。耕地的散布与并列指数在20002020 年间持续降低，水体和湿地的散布与并列指数在 20102020 年明显增加，说明随着城市化发展，耕地不断被其他用地切割、侵占，聚集效应逐渐减弱，后期随着湿地保护、水体修复等政策的实施，湿地和水体与周围斑块更好地融合。耕地斑块密度指数先增加后减少，波动幅度最大，建设用地斑块密度指数呈增加趋势，其他用地斑块密度变化幅度不明显。草地的景观形状指数和最大斑块面积指数大于其他类景观，数值逐年下降，表明草地景观形状逐渐复杂化，水源涵养能力降低。建设用地的散布与并列指数最低，说明建设用地仅与少数其他类型景观相邻。从景观水平来看(图 5)，20002020 年，郑州市景观聚集度指数、平均面积权重分维数指数、斑块密度指数、最大斑块面积指数、景观形状指数呈现先增加后减少总体为增加的趋势，景观的散布与并列指数持续减少。斑块密度指数和景观形状指数均呈先增加后下降的趋势，说明前期受人类活动干扰，单位面积的斑块数量增加，景观形状逐渐复杂，斑块破碎度增加;后期城市化水平较高，原有景观斑块之间产生黏合，景观的破碎度降低，景观形状开始单一化，滞水能力随之降低。最大斑块面积指数变化明显，由 46 92 增加到 68 17，随后又降为 53 59，城市化发展建设用地由零散向集中转变使得最大斑块面积指数增加，2010 年之后最大斑块面积指数又降低是因为耕地在研究区占主导地位，在被建设用地等不透水景观替代的过程中其优势度下降，从而导致地表下渗能力降低，增加地表径流。散布与并列指数呈现不断减少趋势，说明21 a 间研究区景观邻接性逐渐降低，建设用地扩张的同时周围其他类型景观斑块减少，使得径流通过时受到的景观阻滞作用减弱，渗透等路径损耗减少，从而增加径流的产生。3 2郑州市地表径流模拟结果及参数验证3 2 1SCS 模型修正结果分析根据公式(5)计算每次降雨事件的径流量，预测径流与实际观测径流结果如图 6a，可以看出，降雨事件产生的径流多数集中在 0 mm 附近，说明标准 SCS 模型不能准确预测降雨事件的径流。这是因为模型采用的标102河南农业大学学报第 57 卷图 420002020 年郑州市各景观类型格局变化趋势Fig 4Trends in the pattern of each landscape type in Zhengzhou from 2000 to 2020图 520002020 年郑州市景观水平的景观格局指数Fig 5Landscape pattern index for landscape levels in Zhengzhou from 2000 to 2020准值=0 2，然而许多研究表明 在 0 到 0 3 之间变化23。坡度修正 SCS-CN 模型结果见图 6b，可以看出模型预测精度有所提高，但还是不能准确预测郑州市降水产流关系，需对 进行修正。基第 1 期徐怡宁，等:郑州市景观格局演变对地表径流的影响103于 LSE 最优判定标准进行产流模拟，最终得到=0 01 时 LSE 最小。图 6b 与图 6c 对比，可以看出模型经过坡度和初损雨量修正后精度提高，特别是提高了对小降雨径流时间的预测精度。说明由于区域气候、植被、土壤、土地利用、坡度等因素的差异，在用 SCS 模型预测径流时，需要对 的取值进行地区适应性评价，得到适合研究区的 的取值。图 6预测径流与实际观测径流对比Fig 6Comparison of predicted runoff with actual measured runoff3 2 2地表径流模拟及参数验证结果分析利用ArcGIS10 8 软件叠加处理土地利用及土壤数据，用修正过的 SCS-CN 模型分别将 2000、2010、2020年土地利用数据代入计算，得到不同年份地表径流量，进一步计算径流深度并依次生成郑州 市20002010、20102020、20002020 年 3 个时期的地表径流深度变化图(图 7)。从图 7 可以看出，郑州市城市化快速发展，不同时期由景观变化引起的径流深度变化表现出明显的时空差异特征。3期景观格局背景下，郑州市径流量、平均地表径流深度呈现上升趋势(图 8)，2000、2010、2020 年平均地表径流深度分别为 243 17、244 59、245 90mm;径流增幅在下降，20002010、20102020 年地表径流深度分别增加 1 42 和 1 31 mm，城市快速发展，不透水下垫面景观面积与格局变化导致地表径流深度的增加。20002020 年郑州市径流深度变化大体呈现“城镇周边增加，城区降低;东部增加，西南降低”的趋势，径流深度增加趋势与郑州市向东发展、向西辐射、“多心、多极”的发展格局一致。径流增加区域集中分布在主城区周边以及县级市中心周围，其中主城区周围和东南航空港区的径流增加区域分布较广;巩义、登封径流增加面积相对较少，分散在近山城镇建成区周围以及伊洛河、颍河等河流附近，反映出城市发展人类活动频繁扰动河流导致径流增加。20102020 年比20002010 年径流增加分布更广，与中部崛起、“一带一路”、国家中心城市等重要发展战略促成的城市跨越式发展有关。对地表径流而言(图 8b)，各类型景观产生的径流量为耕地建设用地林地水体草地湿地，截留蓄水效果表现为林地草地耕地，林草地具有较好的截流蓄水功能。模型参数验证是根据 20002005 年中牟水文站实测径流量与同期土壤类型图、土地利用图、日降水量等数据输入模型模拟的径流量进行比较。修正后的 SCS-CN 模型的模拟值和实际观测值的2、NSE 分别提高到 0 672 0、0 284 4，且径流预测值与实际观测值起伏变化较为吻合(图 9)，说明修正后的 SCS-CN 模型在研究区有较好的适用性。图 720002020 年郑州市地表径流深度变化Fig 7Changes of surface runoff depth from 2000 to 2020104河南农业大学学报第 57 卷图 820002020 年郑州市地表径流变化Fig 8Changes of surface runoff in Zhengzhou from 2000 to 2020图 9降雨量及径流预测值与实际观测值关系Fig 9elationship between precipitation and predicted runoff and measured runoff3 3景观格局变化与地表径流变化的相关性分析通过统计子汇水区各类型景观的面积变化、景观指数变化以及径流变化，借助 SPSS26 0 软件，采用皮尔逊相关分析法及双尾显著性检验，计算 3种景观格局条件下景观格局指数变化率与径流变化率之间的相关性，并用热图来显示(图 10)。注:*和分别表示在 0 05 级别和在 0 01 级别(双尾检测)相关性显著。Note:*and indicate significant correlations at the 0 05 level and 0 01 level(two-tailed test)，respectively图 10各时期景观指数变化与径流变化间的相关性热图Fig 10Heat map of correlation between changes in landscape index and changes in runoff for each period第 1 期徐怡宁，等:郑州市景观格局演变对地表径流的影响105从景观类型指数变化的径流响应看，耕地景观变化的径流径流响应最为显著，20002010 年景观的散布和并列指数变化与径流变化呈显著正相关关系，结合表 3 建设用地侵蚀、割裂耕地，使得耕地景观的散布与并列指数大幅度降低，周围其他类型景观减少和简化，径流在不同景观间的延滞作用减弱，同时原有植被覆盖减少，破坏土壤结构、径流下渗率降低，地表径流增加。20102020 年耕地景观的聚集度指数、平均面积权重分维数指数、景观形状指数、斑块密度指数等景观指数变化与径流变化呈负相关关系，结合表 4 耕地景观仍表现为流出状态。由于 2012 年之后新型农业现代化等农田保护政策的实施及相关活动开展，其他类景观也在转为耕地，耕地景观破碎度降低，雨水拦截能力一定程度上有所提高。林地景观 20002020 年斑块密度指数变化与径流变化呈正相关关系，结合前文分析，林地景观破碎度呈现先增加后减少的趋势，研究区径流持续增加。20002010 年城市化人类活动扰动引起的林地斑块破碎化而增加径流。该时期河南省退耕还林政策逐步实施，郑州市属豫中地区，逐年造林，增加林地面积和树种，2010 年之后径流减少，体现退耕还林政策实施效果的滞后性，说明可以通过人工措施发挥林地景观拦截强降雨和涵养水源的积极作用，达到削减径流效果。草地景观斑块密度指数变化与径流变化的相关性表现为 20002010 年显著负相关、20102020 年不显著正相关、整体为不显著正相关。草地景观斑块密度指数呈现先增加后减少、总体为减少趋势，而研究区径流为持续增加趋势。说明研究区草地景观对径流作用表现为持续消减。建设用地景观指数变化与径流变化关系为不显著正相关性，反映建设用地一直在增加径流，其波动对径流影响无明显变化。从景观水平上景观指数变化的径流响应看，景观形状指数与径流变化之间呈显著正相关关系，即景观斑块形状波动越大，越容易产生径流，说明人类对地表景观的干扰越频繁，越容易增加径流。最大斑块面积指数、聚集度指数与径流呈显著负相关关系，且相关性指数绝对值增加，即研究区不透水景观斑块聚集、面积增加会蚕食和消解透水景观;与 2000 年景观格局相比，郑州市 2020 年透水景观的连通性降低，物质循环程度减弱，对降雨的拦截能力变差。平均面积权重分维数指数与径流变化相关性显著(P0 05)，斑块密度指数与径流变化较为显著(P0 01)，但径流对两者的响应均与20002010 年呈正相关关系，与 20102020 年呈负相关关系，2000202