基于空间数据挖掘的区域危险废物决策支持设计研究

区域危险废物环境管理与风险控制是涉及到危险废物特性、环境、经济和社会等多因素的复杂过程,对资源环境的可持续发展和人体健康都至关重要。空间数据挖掘技术在传统数据挖掘的基础上增加空间维尺度,能够实现从空间数据库和非空间数据库中提取危险废物产生、转移、处置和管理过程中隐含的空间模式与特征。文章在传统的危险废物环境管理和风险控制方法的基础上,构建了区域危险废物空间数据挖掘的指标体系,并设计了一种基于空间数据挖掘技术的区域危险废物决策支持系统框架。该框架由数据层、数据挖掘层和显示层组成,为区域危险废物管理和决策提供了直观的、科学的和高效的支持,提供了一种新颖可行的思路和方法提高危险废物的环境管理和风险控制水平,具有一定的理论和现实意义。     

南四湖流域产水量空间格局与驱动因素分析

流域生态系统产水服务功能的空间化和定量化评估,对流域水资源管理、优化配置以及提高流域水生态保护效率具有重要意义。以山东省南四湖流域为研究对象,基于1990-2013年土地利用、降水、蒸散以及土壤属性等基础地理数据,以InVEST模型为基础,评估和模拟南四湖流域近25 a的产水量,并采用ArcGIS分析产水量的空间分布格局以及变化趋势,探讨了降水、地形等自然地理要素以及人口、土地利用和国内生产总值（GDP）等社会经济因素与产水量空间格局动态变化之间的关系,并在此基础上划分出南四湖流域生态系统产水功能区。研究结果表明：流域产水量在空间格局上呈现出由东向西递减的趋势,东部、东北部等山区、丘陵地区产水量高,西部平原地区产水相对较低;受自然地理要素影响,流域产水量空间分布与社会经济发展水平即GDP、人口密度的空间分布格局有较大差异。近25 a来,流域产水量呈现减少趋势,且产水量峰值区域由东北部向偏南地区转移,最低值区由西部向中部地区转移。降水、海拔和坡度等地理环境与产水量的空间变化呈显著正相关,其中降水量的相关程度最强;人口、GDP等社会经济数据与产水量变化也呈显著正相关,主要原因在于城市化的发展,城市建设用地等不透水层增加,促进了流域产水量。研究结果可以为流域水资源政策制定以及社会经济发展规划等宏观决策提供科学支撑。     

论流域环境经济学

流域系统具有整体性、地域分异性、污染的跨界单向外部性,面临着上下游和不同利益群体之间的利益冲突,使得传统环境经济学的理论和方法遇到了障碍.基于环境经济学在流域这一特殊研究对象的理论拓展和实践探索要求,提出了流域环境经济学发展的必要性,阐述了流域环境经济学的概念、内涵和理论基础,并初步构建了流域环境经济学框架和主要内容.研究认为,流域环境经济学是随着流域环境问题不断演化而产生的新研究领域,通过借鉴空间经济学、信息经济学、行为经济学和制度经济学等相关理论和方法,研究流域经济发展与环境保护之间的相互关系及其引发的人与人之间的关系,探索流域环境管理的机制设计和合理的环境经济政策手段,优化流域环境资源配置,实现流域经济增长与环境保护协调发展.      

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

陕北生态脆弱区小尺度生态恢复的生态经济承载力研究

为了研究生态恢复过程中复合承载力变化,以陕北县南沟小流域的生态恢复试验为例,应用能值方法揭示了该流域的动态可持续性.同时,应用情景模拟方法研究了在不同能值生活标准下的承载力变化,探讨了生态恢复对承载力的影响.结果显示,2002~2005年流域环境负载率（ELR）总体上有所下降,持续性指数（ESI）有所增加.流域可更新资源承载力、中国1996年生活标准下以及全球1999年生活标准下的人口承载力分别为938人（下限）、10853人和3020人（上限）.根据基于面积的承载力计算方法,流域可更新资源承载力和中国1996年生活标准下承载力分别为17844hm2和6572hm2,分别为流域面积的3倍和1.1倍.上述结果表明,生态恢复提高了流域资源利用和转换效率,环境负载率下降,流域现有人口及其生产规模基本在其承载力范围内,但已经接近上限.鉴于当前较低的生活标准,流域的承载力有待进一步提高.     

波罗的海流域的土地覆盖和人口密度：地理信息系统数据库

我们介绍大尺度波罗的海流域的地理信息系统（ＧＩＳ）数据库。建立了一组ＧＩＳ图层，燕用于得到该流域当前的景观特征和人口分布格局信息。可以在２９个中尺度的亚流域、７个主要的亚流域和整个流域、以及国家一级得到数据。该流域以森林为主（覆盖率４８％），其次是耕地（占２０％）和无生产力的空间土地（占１７％）。瑞典和芬兰占林地部面积的６０％，而该流域的居住的８５００万人口中，大多数（６４％）住在波罗的海本体的流     

湖泊生态安全及其评估方法框架

针对目前我国湖泊存在的主要生态安全问题,同时考虑流域人类活动对湖泊的影响,阐述了对湖泊生态系统及湖泊生态安全的深层认识和理解,并在此基础上建立了“4+1”湖泊生态安全评估方法框架. 该方法框架包括湖泊水生态系统健康评估、流域社会经济活动对湖泊生态影响评估、湖泊生态服务功能评估和湖泊生态灾变评估,以及在这4项评估的基础上建立的湖泊生态安全综合评估. “4+1”湖泊生态安全评估方法框架既可作为对湖泊生态安全进行整体综合评估的方法,又反映了湖泊水生态健康、流域人类活动对湖泊的影响、湖泊生态服务功能以及湖泊生态灾变4个过程对湖泊生态安全的影响关系,识别影响湖泊生态安全的限制性因子. 湖泊生态安全评估启示我国湖泊管理应由水质管理向流域生态系统管理转变,其实质是解决好“人湖”关系,实现“人湖”和谐发展.      

基于SCGE的国土空间规划模拟框架CTSPM及其在国土空间安全模拟仿真中的应用

土地利用指标的区域配置与部门配置是我国国土空间规划体系的核心问题。如何在贯彻落实国家意志和中央战略的前提下,根据我国不同类型自然地理区划和经济社会区划的发展实际,特别是根据城镇化格局定型区、发展型城镇化地区和收缩型城镇化地区等三类不同地区的土地利用的实际,充分顾及各级地方政府的发展意愿,优化配置各类用地指标,是本轮国土空间规划不可或缺的首要的基本任务。基于此,建立一个基于空间可计算一般均衡模型（SCGE）的多尺度、多区域、多情景国土空间规划模拟分析框架（CTSPM）,提出该框架在国土空间安全模拟仿真中的实际应用场景,以支持多种国家发展情景和土地指标分配方案下国土空间格局模拟分析,及其经济社会影响和生态环境影响分析,为各地区、各部门之间的土地指标“博弈”提供“辩论”平台,为科学编制国土空间规划以及深度理解国土空间安全的跨区域影响提供分析性框架。     

青海湖流域生态安全评价

进行流域的生态安全评价,对于改善流域的生态环境,维护区域的可持续发展具有重要 的意义。本文选择自然生态环境状态指数、人文社会压力指数、环境破坏压力指数,构建了青海 湖流域生态安全综合评价指数模型,提取了生态安全指标,对2000 年青海湖流域的生态安全进 行了评价。结果表明,2000 年青海湖流域生态安全属于生态安全预警等级,流域生态安全面临着 较为严峻的挑战。气候变化和人类活动对青海湖流域的生态环境产生的负效应,也因此会影响到 区域的可持续发展,所以必须进行流域的综合治理,改善当地的生态环境。     

基于数字流域的水质综合管理决策支持系统——以深圳石岩水库流域为例

鉴于城市化地区水环境问题的时空复杂性,单一的水环境管理措施已不能满足实际管理的需要,为改善水环境有必要采取综合管理措施。文章以数字流域为基础,将流域内水系数据、地形数据、土地利用数据、社会经济及人口数据等进行融合,构建了水质综合管理决策支持系统,着重探讨了综合模型集成、动态空间数据与模型及管理之间的耦合关系问题;以深圳市石岩水库流域为例进行实证研究,构建了石岩水库流域管理决策支持系统,评价了旱季截污、产业结构调整、雨季截流等单个及组合措施的水质改善效果。结果表明该系统可以模拟多种措施的综合作用、动态的更新数据与模拟结果、并提供可视化的空间决策信息,是复杂流域水质动态综合管理与空间决策支持的有效工具。     

基于自然资源本底的国土空间规划现状一张图构建及应用——以青岛市为例

国土空间规划体系构建工作已经全面展开,清晰详实的现状图和数据是摸清自然资源家底的重要基础,也是编制国土空间规划的重要支撑。而当前国土空间现状数据的用地分类标准、数据精度和应用目标等尚不统一。基于遥感影像、地理国情和互联网POI等多源数据进行国土空间现状一张图研究,综合现有用地分类标准和数据精度,构建青岛市国土空间规划现状一张图。在此基础上,探讨国土空间规划一张图应用方向,包括青岛市“三生空间”和资源环境研判分析,以及城镇建设适宜性、生态服务功能重要性和农业生产适宜性分析等内容。国土空间规划现状一张图的构建,对于明确资源利用上限与环境质量底线,规范国土空间规划数据,以及支撑国土空间规划编制和管理具有重要作用。     

基于自然资源本底的国土空间规划现状一张图构建及应用——以青岛市为例

国土空间规划体系构建工作已经全面展开,清晰详实的现状图和数据是摸清自然资源家底的重要基础,也是编制国土空间规划的重要支撑。而当前国土空间现状数据的用地分类标准、数据精度和应用目标等尚不统一。基于遥感影像、地理国情和互联网POI等多源数据进行国土空间现状一张图研究,综合现有用地分类标准和数据精度,构建青岛市国土空间规划现状一张图。在此基础上,探讨国土空间规划一张图应用方向,包括青岛市"三生空间"和资源环境研判分析,以及城镇建设适宜性、生态服务功能重要性和农业生产适宜性分析等内容。国土空间规划现状一张图的构建,对于明确资源利用上限与环境质量底线,规范国土空间规划数据,以及支撑国土空间规划编制和管理具有重要作用。     

流域水生态空间管控下生境监测方法概述

生境被认为是区域内为水环境中生物提供生存和生长环境的物理、化学和生物特征,是水生态空间中支持和维持生物及其生态功能的重要空间.生境特征对阐释流域生态系统的结构和功能具有重要意义.然而,生境具有空间和时间尺度的异质性以及空间自相关性,尤其是大时空尺度下其生态功能的维持具有更加复杂的机制和过程.这决定了表征和阐释生境特征是极其困难的,特别是表征大时空尺度下的特征.尽管现有研究提出诸多涉及不同尺度的生境监测方法,但对实现长期跟踪多尺度下流域生境整体变化仍缺少成熟的方法.本文从生境的概念、生境监测的目的和意义引出生境的特点及生境监测对流域水生态环境管控的重要性,归纳了主流生境监测方法的特点及主要差异,综述了生境监测中关键的科学问题（如空间尺度、区域范围、特征参数和数据信息获取方法等）,提出我国现阶段生境监测核心内容的建议,以期为流域生态空间管控下生境监测的应用和研究提供借鉴.     

基于保护目标制定的湖泊流域入湖河流河段划分方法——以滇池流域为例

通过科学合理地划分河段实现栖息地分类管理是恢复流域生物完整性的重要内容之一.湖泊流域入湖河流空间尺度小、坡降大、生态学过程差异性显著的特点导致其河段类型复杂多样,与河流流域河段类型的大尺度特征具有明显区别,因此,河流流域河段划分指标及其方法不适用于湖泊流域,亟需发展以栖息地分类管理为目的的湖泊流域河段划分方法.本文通过回顾河流分类的概念、划分依据及划分方法的发展历程,明确了湖泊流域河段划分理论基础,提出了基于保护目标制定的湖泊流域河段划分方法,为恢复湖泊流域生物完整性提供了更为精细的管理单元.同时,以滇池流域为例,通过筛选与大型底栖动物敏感种群和濒危种群显著相关的环境因子,建立了由地貌类型、土地利用方式、河水来源、河道人工化情况及水体营养程度构成的指标划分体系;在实现各划分指标空间化的基础上,利用空间叠加聚类技术手段,将滇池流域入湖河流划分为9个河段类型,为滇池流域水生态系统健康恢复提供了科学依据.     

基于水生态系统结构特征的滇池流域水生态功能三级分区

水生态功能分区的目的是为了实现中国流域的"分区、分类、分级、分期"管理的精细管理理念,而水生态系统结构是水生态系统完整性的基础,也是区分不同区域生境特征与功能差异的重要指标.因此,为了实现更精细化的湖泊流域管理,在滇池流域完成水生态功能二级分区基础上,基于水生态系统结构特征进一步对滇池流域进行三级区划,进而反映流域水生态功能的空间异质性.以反映水生态系统结构的物理、化学与生物特征为依据,分别构建了滇池流域陆域与湖体的三级分区指标体系;通过对三级分区单元指标综合值进行聚类分级,最终将滇池流域的水生态功能三级分区划分为20个陆域区和4个湖体区,并利用底栖与藻类的生物数据对分区进行合理性评价.最后基于生态服务功能理论,结合滇池流域自身特点与管理需求,将滇池流域三级分区定义为不同的水生态功能类型.通过对滇池流域水生态功能三级分区的划分以及主体功能的确定,不仅为滇池流域水生态健康管理构建了空间管理单元,而且为湖泊水生态功能分区的研究提供了案例.     

欧洲水管理实践对中国流域水环境管理的启示

针对流域水环境管理的顶层设计,Water Framework Directive（WFD）是一部具有法律约束力的水框架法令,已成为欧洲水环境管理的有效的工具,实现了流域水环境的经济和生态的协调、综合管理。综述了欧洲水框架指令WFD研究进展,介绍了WFD提出的背景、要点、编制路线图和相应WFD水环境管理经验,对了解和掌握国际先进的流域水环境管理经验和最新形势具有一定借鉴意义。     

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.      

突发性跨界水污染事故环境风险源数据管理系统的建立

为了全面、准确、真实地展现跨界区域水污染事故环境风险源的分布和现状,并识别突发性跨界水污染事故风险源的风险等级,本文结合地理信息空间数据库技术,在数据管理系统功能框架与总体设计技术路线的指导下,建立了该风险源数据管理系统。结果显示,集合了Oracle属性数据库、ArcGIS空间数据库和识别指标模型的数据管理系统,实现了对跨界水污染事故风险源信息的可视化表征,并能对识别体系、对数据的需求进行及时响应,为风险源识别提供数据基础。     

黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的尺度适应性

黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程是分析黄土高原植被变化产沙效应的有效工具,其在不同空间尺度的适应性对于黄河水沙情势变化研究十分重要。运用数值试验方法,研究黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在小流域、子流域和栅格等3种空间尺度的适应性。结果显示,黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在各空间尺度的总体估算偏差（D）由小到大排序为小流域（D=52.26%）<子流域（D=60.07%）<栅格（D=92.17%）,纳什效率系数（NSE）由大到小排序为小流域（0.21）>子流域（-0.31）>栅格（-0.80）。可见,黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程在约500 km²以上的流域单元较为适用,在500 km²以下的子流域和栅格单元不适用。该研究成果可为黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的推广应用提供参考。     

珠江流域1960—2012年极端气温的时空变化特征

根据珠江流域43个气象站点（1960—2012年）16个极端气温指标数据,采用线性回归、Mann-Kendall （M-K）和小波分析法分析珠江流域极端气温的时空变化特征。变化趋势分析表明,除结冰日数（ID0）、月最高气温极小值（TXn）、冷昼日数（TX10p）和作物生长期（GSL）4个指标呈现出不显著的变化趋势外,夏日日数（SU25）、热浪日数（TR20）尤其是暖夜日数则呈明显上升趋势（P<0.05）;空间变化分析表明,冷夜日数（TN10p）、冷日持续指数（CSDI）和昼夜温差幅度（DTR）以及冷昼日数（TX10p）在整个珠江流域大致呈下降趋势,其余10个指标大致呈上升趋势,呈现出较好的流域一致性;突变分析表明,除了ID0、TX10p和GSL三个指标之外,其余指标均通过了显著性检验,大多数突变点发生于1980年代,其中夏日日数（SU25）、热浪日数（TR20）的突变点分别为2001和1994年;周期分析表明,大部分指标呈现多个周期震荡,且都以2~4 a为主周期。SCSMI（南中国海夏季季风指数）与ENSO是造成研究区极端高气温的重要因素。