基于VFSMOD模型的河岸植被缓冲带划定方法

河岸植被缓冲带的划定是河流生态缓冲带建设和管理的基础.从面源污染阻控角度出发,根据河岸的土地利用类型,将各河流所处河段划分为堤防型河段、城镇型河段、农田型河段、村落型河段和林草型河段.采用植被过滤带模型(VFSMOD),并结合现有生态红线、河湖管理范围、城市蓝线等空间管控要求,提出了各类型缓冲带的划定方法,以期为我国河岸植被缓冲带的划定工作提供参考.     

湖州大钱港(溇港)河流生态缓冲带的划定与构建

河流生态缓冲带(后称"缓冲带")对改善河流水环境、控制面源污染和水土流失等具有重要作用.如何确定缓冲带的宽度并对其进行合理构建,已成为学者与管理部门关注的热点之一.以浙江省湖州市平原河网型河流大钱港(溇港)为例,基于VFSMOD模型计算和地形坡度、水体流向、土地利用状况、降水条件、土壤类型等现状条件,确定了农田型河段、村落型河段、林草型河段的缓冲带宽度;针对城镇型河段,结合城市河道蓝线,确定了缓冲带的宽度.结果 表明,大钱港干流左右岸缓冲带长度共约16.1 km,面积共约0.408 km2;同时,采用GIS对数据进行处理,并实现了缓冲带的可视化表达.结合农业农村面源污染负荷空间分析,筛选出高污染入河负荷区中的唐家浒自然村汊港段,并提出了缓冲带修复方案,以期为其他缓冲带划定与构建提供参考.     

浦阳江流域(浦江县段)面源污染模型估算及河流生态缓冲带重点区域识别

以浦阳江流域(浦江县段)为研究区,从流域面源污染空间特征入手,提出浦阳江流域岸边带建设的重点区域.采用DPeRS面源污染负荷估算模型,具体分析了2018年浦阳江流域面源污染负荷空间分布特征,并采用面向对象方法提取了岸线和河流生态缓冲带土地覆盖类型,以汇水区为单元,结合面源污染估算结果识别了浦阳江流域河流生态缓冲带重点区.结果 表明:浦阳江流域中部和中北部地区面源污染排放负荷较高,面源污染入河负荷高值区主要集中于中下游地区;该流域31个汇水区中,TN和NHt4+-N重点汇水区有17个,主要分布在流域的中部和东北部;TP和COD重点汇水区有12个,集中分布于流域中部;浦阳江流域河流生态缓冲带范围内,植被类型和非植被类型面积占比分别为65.49％和34.51％,其中耕地面积占比29.36％,建筑用地占比11.89％;综合浦阳江流域面源污染重点汇水区和河流生态缓冲带现状遥感提取结果,筛选出的重点区包括下游地区的7号汇水区和中游地区的18～25号汇水区所在的河流生态缓冲带.今后,可针对其重点区域设计生态防护工程,也应结合源头减量、过程拦截、末端消纳与资源循环利用的防控策略,综合削减面源污染物入河量.     

浦阳江干流生态缓冲带的划定与构建

河流生态缓冲带(简称"缓冲带")的划定是对河流进行生态修复与保护的重要前提.如何确定缓冲带的宽度和空间布局也是管理部门和学者们关注的热点.以浙江省金华市山溪型河流浦阳江干流为例,利用GF-2卫星影像提取河流岸线、解译河岸两侧土地利用状况,通过VFSMOD模型工具和缓冲带自然条件综合确定农田型、村落型、林草型河段的缓冲带宽度;而城镇型河段则结合城市河道蓝线来确定缓冲带宽度;最终划定浦阳江干流左右岸缓冲带总长度109.63 km,总面积2.837 km2.在此基础上,构建了试点区域上仙屋断面的缓冲带修复方案,旨在为缓冲带修复和水环境质量改善提供参考.     

河岸缓冲带划定及影响因素研究进展

梳理了国内外河岸缓冲带划定文献,系统探讨了河岸缓冲带划定的重要影响因素。结果表明:(1)河岸缓冲带划定方法主要有经验值法、简单数学模型法、复杂机理模型法、基于地理信息系统的数学模型法等,不同划定方法适宜的流域自然地理条件、精准性各异,有各自的优缺点和适用范围。(2)河岸缓冲带净化河流水质、固岸防洪、调节流域微气候、保护生物多样性、为河流生态系统提供养分和能量等生态水文功能是河岸缓冲带划定的重要参考依据。(3)流域空间尺度越大,所需的河岸缓冲带越宽;流域空间尺度不同,其河岸缓冲带划定的适宜方法往往也不同。     

污染负荷及植被生物量变化对缓冲带污染物净化效果的影响

模拟上海地区农业面源污染和降雨特征，进行缓冲带污染物净化效果和植被生物量监测试验研究。结果表明：植被缓冲带对径流污染物质的净化效果明显高于空白对照，百慕大缓冲带SS截留率最高，达到74％；白花三叶草对TN、TP的净化效果最好，去除率分别为28％和25％；百慕大和白花三叶草生物量最大，栽种当年9月份，两者地上部分的生物量鲜重分别达到了6.14和6.49 kg/m²，百慕大生长速度最快，当年9月份生物量几乎达到5月份的6倍；植被生物量增长明显提高了缓冲带截留径流污染物的效果，缓冲带SS截留率与生物量成显著线性相关，而污染负荷变化对缓冲带污染物净化效果的影响很小，明显弱于植被种类和生物量的变化。     

基于VFSMOD模型的不同情景下河流生态缓冲带的截留效果模拟

采用植被缓冲带模型(VFSMOD)对不同情景下河流生态缓冲带(简称"缓冲带")的截留效果进行了模拟,考察了土壤可蚀性、土壤质地、坡度、径流源区长度、缓冲带宽度等对缓冲带拦截效果的影响.结果 表明:随着土壤可蚀性因子(K因子)变大,土壤可蚀性增强,缓冲带泥沙输入量变大;坡度变大,拦截效率下降,在坡度分别为1％、3.5％、9％和30％的条件下,达到60％的径流截留效率(RIR),缓冲带的宽度分别需要43.9,50.6,52.9和68.8 m;当RIR达到60％,砂质黏壤土、粉质黏壤土、壤土和黏土所需缓冲带的宽度为109.2、114.6、50.6、128.7 m;径流源区长度越长,缓冲带拦截效率越低.上述模拟结果可为缓冲带的设计提供参考.     

不同草皮构建的湖泊缓冲带对污染物的净化效果研究

选择宜兴地区常见的3种草皮百慕大(Cynodon dactylon)、白花三叶草(Trifolium repens)、高羊茅(Festuca arundinacea),利用自行设计的实验装置模拟构建草皮缓冲带,并模拟宜兴地区降雨时产生的汇流过程和雨量进行太湖缓冲带对陆域面源污染物的净化效果研究.结果表明,草皮缓冲带能有效地截留径流中的SS,3种草皮缓冲带的径流对SS的去除率为百慕大缓冲带＞三叶草缓冲带＞高羊茅缓冲带＞空白对照(不种植草皮的空白土壤),且沿程去除效果增强；草皮缓冲带的渗流对TN、NH3-N、TP净化效果均显著(p＜0.05)高于径流；3种草皮缓冲带在试验槽前0.9m处的污染物去除效果最为明显,湖泊缓冲带的宽度与其污染物截留效果呈正比；总体来说,草皮生物量与其构建的湖泊缓冲带的污染物去除率呈正相关,三叶草和百慕大有较大的地上生物量,其构建的缓冲带表现出较高的污染物去除率,而高羊茅的地上生物量相对较小,其构建的缓冲带污染物去除率也相对较低.     

河岸缓冲带对地表径流及悬浮颗粒物的阻控效应

河岸缓冲带可以有效地截留阻控农业非点源污染物向水体中迁移。构建草木犀带T2、草木犀与枫杨混合带(T3林草带)和杂草带(T1对照)3种类型人工河岸缓冲带,通过野外径流实验区2年的实地观测,对寒冷地区不同类型及不同宽度植被缓冲带阻控地表径流和悬浮颗粒物(SS)的能力进行了初步的研究。实验共收集21次降雨径流和3次融雪径流,通过对径流水样分析,结果表明,3种类型缓冲带均能有效截留降雨径流,5 m宽T3缓冲带的截留效率达78%。河岸缓冲带对降雨径流的阻控效应明显高于融雪径流,且对地表径流中SS质量的截留明显高于对浓度的截留作用。枫杨与草木犀的混合种植并没有显著减少融雪径流中悬浮颗粒物的含量,宽度达到13 m时,其阻控作用才明显。总体上,林草带对地表径流及悬浮颗粒物的阻控能力最强。     

草皮缓冲带对洱海流域面源污染的削减效果

在前期植物调查和资料调研的基础上,构建了以百慕大、结缕草、混播草草皮为陆生植物的缓冲带,以洱海流域面源污染水样为这些植被缓冲带的进水,进行削减效果的现场中试实验。结果表明,裸露地表对径流SS几乎没有削减效果,而草皮缓冲带能有效截留径流SS,去除率大小顺序为混播草缓冲带结缕草缓冲带百慕大缓冲带;草皮缓冲带渗流水中的TN、TP的去除率均在60%以上,而径流水中TN、TP的去除率在40%以上;总体而言,草皮缓冲带对面源污染的削减效果沿程增强,且前段去除效果较强,后段去除效果减弱,其中混播草缓冲带的削减效果最好,百慕大缓冲带的削减效果相对较差;通过计算,当SS去除率为70%时,混播草缓冲带的最佳宽度仅为13.4 m,比百慕大缓冲带缩短了5.2 m。