基于系统仿真模拟的三峡库区生态承载力分区动态评价

针对现有生态承载力评价研究中时间动态性、空间差异性考虑不足等问题,引入系统动力学(SD)模型,围绕生态承载力关键指标实施三峡库区分单元的系统仿真模拟和预测,整合生态承载力综合评价方法,对不同控制单元承载力状况进行动态评价. 结果表明:①2010年三峡库区生态承载力指数为0.55,为弱可承载状态. 生态承载力限制因素分析显示,长江嘉陵江重庆市辖区控制单元、长江涪陵区万州区控制单元主要受制于资源、环境要素,其他3个控制单元(澎溪河开县控制单元、长江云阳县巫山县控制单元、长江恩施州宜昌市控制单元)主要受制于社会、经济要素. ②现有发展趋势下,2010—2025年三峡库区生态承载力指数为0.48~0.57,呈先增后减的趋势,拐点出现在2015年附近,整体亦处于弱可承载状态. 2015年后,以资源、环境为主要限制因素的2个控制单元生态承载力指数开始逐年下降;以社会、经济为主要限制因素的其他3个控制单元生态承载力指数则呈延续上升态势. ③综合调控方案下,三峡库区生态承载力指数在2015年达到0.60,由弱可承载提升为基本可承载;至2018年,所有控制单元均达到基本可承载,生态承载力指数为0.60~0.76. 可见,综合调控方案对各控制单元人口、经济、环境、资源因素的调控行之有效.      

面向水质安全预警的流域产业化和城镇化压力源评估方法

为适应水环境风险管理中对压力源的快速评判需求,构建了流域产业化、城镇化压力源评估方法,并开展其应用研究.从压力源危险性及受体易损性着眼,提出了压力源结构风险和布局风险双重控制思路；围绕警示性评估的定位,针对单项及综合风险分析,阐明了评估指标选取、风险指数计算和预警级别划分等步骤,并以三峡库区为案例进行了评估.结果显示,三峡库区产业化、城镇化压力源综合评估Ⅰ级(重警)区主要集中在重庆市主城区附近的8个区县,其结构风险指数值(0.375 6～0.624 6)和布局风险指数值(0.598 7～0.967 8)均较高；Ⅱ级(中警)区域包括江北区、北碚区、巴南区、大渡口区和巫山县,呈现布局风险指数值(0.820 7～1.000 0)较高、结构风险指数值(0.258 4～0.355 5)相对低的特征；Ⅲ级(轻警)区域包括渝东南和渝东北的5个区县和渝中区.其中,渝中区结构风险指数值(0.135 6)小,但因其布局风险指数值(0.960 7)较大而使得综合评估结果为轻警状态.      

三峡库区澎溪河流域氮湿沉特征及其来源

本研究收集了澎溪河流域及万州城区共6个站点2016年1~12月大气湿沉降样品,分析了澎溪河流域大气湿沉降氮的时空变化特征、来源及其对流域水体的输入贡献.澎溪河流域氮湿沉降空间上差异较小,呈现区域性特征;季节上差异较大,呈现春夏大于秋冬的特点.总氮沉降（TDN）浓度和通量分别为1.1mg N/L和11.8kg N/（hm²·a）.来源主要包括二次源、地壳源、交通源和养殖源,其贡献占比分别为47.4%、23.5%、14.3%和10.9%,而工业源和化石燃料燃烧源仅分别贡献2.8%和1.1%.通过湿沉降直接输入流域水体的氮素为76.9t/a,约占总氮输入的1.8%;沉降通量超过了水体富营养化临界负荷.流域湿沉降铵态氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）和有机氮（DON）沉降通量分别占总沉降的63.3%、25.9%和10.7%,减少NH₄⁺-N排放能有效控制流域氮沉降量.     

三峡库区澎溪河与磨刀溪电导率等水质特征与水华的关系比较

三峡库区北岸最大一级支流自三峡大坝2003年蓄水以来,频繁暴发水华,而毗邻的一级支流磨刀溪却少有水华暴发.本文以澎溪河和磨刀溪作为研究对象,于2014年春季和夏季三峡库区水华高发期对两条河流同时采样,对比分析两条河流水体水质以及叶绿素a(Chl-a)含量的时空变化,探索澎溪河水华暴发机理.结果表明:澎溪河Chl-a含量较磨刀溪高,澎溪河春季Chl-a最大值为60.5μg·L~(-1),夏季Chl-a最大值仅7.8μg·L~(-1);磨刀溪Chl-a变化趋势与澎溪河相反,磨刀溪春季Chl-a含量为2.92μg·L~(-1),夏季Chl-a达到7.48μg·L~(-1).澎溪河与磨刀溪春季和夏季节水体温度分层,为温跃层+滞温层模式,而没有混合层;两条河流Chl-a含量均位于水深10 m温跃层.澎溪河春季总氮(TN)、总磷(TP)平均值为2.305 mg·L~(-1)和0.053 mg·L~(-1),夏季为1.673 mg·L~(-1)和0.097 mg·L~(-1);磨刀溪春季为1.875 mg·L~(-1)和0.075 mg·L~(-1),夏季为1.79 mg·L~(-1)和0.054 mg·L~(-1).TN、TP水平均超过了国际公认发生富营养化的阈值;水体氮磷含量与Chl-a浓度并无显著相关性,营养盐并不是藻类生物量的限制性因素.然而在水体电导率的规律方面,两条河却存在很大的差异;春季,磨刀溪上游上层水体(0~10 m)电导率只有下游和长江干流的75%,来自长江干流的回水可覆盖至磨刀溪中游(断面MD03),与Chl-a在此处密集保持一致;夏季电导率和回水区分布与春季相似.与磨刀溪不同,澎溪河春季上游电导率为下游和干流的150%,长江干流回水可到PX04与PX05之间,上游高电导率对应着高Chl-a含量;澎溪河电导率与藻类生长分布表现出显著正相关关系,水体中除N、P营养盐外的其它离子对澎溪河水华暴发起重要作用.     

三峡库区万州段河流水-气界面CO2通量支干流对比及影响机制初探

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4～9月水华期间水体中CO₂浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO₂通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO₂通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO₂通量分别为（1.445±1.739）、（3.118±2.963）和（2.899±1.144）mmol·（m²·h）^-1,表现为:澎溪河支流高阳<干流万州<澎溪河支流黄石.从变化幅度来看,支流水体CO₂通量变幅较大,干流水体变化幅度则相对较小,是较稳定的CO₂"源".长江干流作为陆地向海洋的生源物质运输枢纽,相比其支流碳含量和流速更高,这使得通常情况下干流CO₂通量大于支流.但水文情势的不同使得同一支流不同点位CO<...     

数据缺失条件下基于MLP神经网络的水华风险预警方法研究

针对水华风险预警过程中相关监测指标数据缺失的问题,借鉴多元统计和随机分析构建了一种缺失数据插补方法,用于弥补现场调查数据的不足.基于主成分分析,对水华相关影响指标进行降维,确定水体水华风险预警模型的输入层变量.同时,采用多层感知器(MLP)人工神经网络模型对水华表征指标叶绿素a的浓度进行预测,并引入风险概率的概念,提出了水华风险概率计算公式,完善了水华预警的风险表达.最后以三峡库区典型支流大宁河为案例的研究证明了上述方法的可操作性.研究结果显示,插补数据条件下和未插补数据条件下的大宁河水华风险预警模型决定系数分别为0.9711和0.7769,前者的模型准确性更高,叶绿素a浓度预测效果更好;预测时段内大宁河11 d为水华蓝色预警(无警)级别,水华发生的风险概率为1.99%~18.61%;1 d达到水华橙色预警(中警)级别,水华发生概率为90.48%.     

三峡水库不同运行状态下支流澎溪河水-气界面温室气体通量特征初探

水电是具有显著减排效益的清洁能源形式,但水库潜在的温室气体效应近年来备受关切,在一定程度上影响了人们对水库清洁能源属性的认识.本研究分别于2010年8月水库低水位运行期及12月高水位运行期,对三峡库区典型支流——澎溪河上游温泉至下游双江6个沿程断面进行水样的采集及温室气体通量的监测研究.结果表明,在河流纵向上,表层水体水温、pH逐渐沿程增加,而CO2分压(pCO2)和碱度(TA)则有相反趋势.在低水位的8月,开县以下断面CO2通量为负,且浮游植物可能是控制水体CO2通量及营养盐的关键因素之一.澎溪河回水区CO2通量相对天然河道背景断面(温泉)平均降低了3.26 mmol.(m2.h)-1,而CH4通量却大幅度增加了.在高水位运行的12月,澎溪河各断面均为CO2释放通量,CH4通量相比低水位则明显降低.相比较天然河道的温泉断面,澎溪河回水区在高水位运行状态下CO2与CH4通量分别增加了4.16mmol.(m2.h)-1和0.007 mmol.(m2.h)-1.初步的净通量分析发现,该水域较加拿大实验水库的净通量特征低.     

三峡库区澎溪河底泥及消落区土壤磷的形态及吸附特性研究

沉积物是自然水域的重要生态组成部分,是形成湖泊、水库富营养化的关键因素之一.为研究三峡库区澎溪河流域沉积物中磷的赋存形态特征及迁移转化规律,采用连续提取法对澎溪河底泥3个断面及消落区3种土壤类型中磷赋存形态进行分析,并通过等温吸附实验研究了磷的吸附规律,确定了零净吸附磷浓度(EPC0).结果表明,澎溪河底泥中的总磷含量在0.80～1.45 g·kg-1之间,赋存形态以无机磷为主,其中钙结合磷和蓄闭态磷比例在80%以上,铁铝结合磷含量较低,该流域底泥受自然岩石状态及沉积环境的影响较大,而人为活动对其影响较小;消落区土壤总磷含量在0.65～1.16 g·kg-1之间,磷的赋存形态也以无机磷为主,冲积土和紫色土也以钙结合态磷和蓄闭态磷为主,水稻土中则以蓄闭态磷含量最高.澎溪河高阳、黄石和双江3个断面底泥的EPC0分别为0.08、0.13和0.11 mg·L-1,消落区冲积土、紫色土和水稻土的EPC0分别为0.08、0.09和0.04 mg·L-1.EPC0值与沉积物中总磷、pH、Ca-P、黏粒含量呈正相关性,其中与pH和Ca-P相关性显著.根据澎溪河上覆水中磷浓度的季节变化,初步判定底泥及消落区土壤在夏秋季节为磷的"汇",在冬春季节则成为其"源".EPC0高于水体富营养化临界值,底泥及消落区土壤中磷的释放依然是不可忽视的潜在问题.     

我国持久性有机污染物污染事故预警指标体系构建

面对严峻的持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)环境污染问题,以及不断提升的化学品风险管理要求,我国对于POPs污染事故预警管理的需求日益迫切.基于生命周期理论及POPs生成机制,针对不同的POPs和污染事故的种类,构建出POPs污染事故的预警指标体系,以期为完善我国POPs污染事故预警管理提供决策支持.预警指标体系主要包括两部分:POPs预警指标和运行保障机制.POPs预警指标包括了警源指标、警兆指标和警度指标.为保障预警体系的有效实施,构建了预警响应机制及政策保障机制,包括对风险源的动态清单管理和定期评估,及时有效的警情上报,各部门的协调合作等.     

三峡库区及其上游流域水污染防治规划

着眼于以往规划对流域内部生态环境特征和环境问题类型差异考虑不足等问题,开展了三峡库区及其上游流域水污染防治规划研究. 构建了基于控制单元的分区、分类水污染防治技术框架,提出在划分控制区和控制单元的基础上,识别控制单元问题并进行类型划分,进而以此为导向规划治理措施. 从分区角度将三峡库区及其上游流域划分为3个控制区(库区、影响区和上游区)和49个控制单元(库区5个、影响区15个、上游区29个). 从分类角度将流域所有控制单元归类为14个预防型单元、24个改善型单元和11个治理型单元. 对赤水河遵义市控制单元(影响区预防型单元)、龙川江楚雄州昆明市控制单元(上游区改善型单元)、长江嘉陵江重庆市辖区控制单元(库区治理型单元)3个典型控制单元提出了各自污染防治方案,方案实施后,3类单元COD_Cr负荷分别削减0.78×104、1.47×104和2.78×104 t/a,氨氮负荷分别削减1 110.7、2 364.9和8 936.2 t/a,满足削减需求,各控制单元水质目标可达标.      

土地生态安全二维预警模型构建及应用——以临湘市为例

引入生态可持续性指数,在风险矩阵的框架下与土地生态安全指数相结合,构建了土地生态安全二维预警模型,并应用于临湘市土地生态安全预警.研究表明:土地生态安全指数逐年上升,土地生态系统自身稳定性及其对社会经济发展的支撑能力不断提高;生态可持续性指数逐年下降,土地生态系统对社会经济发展的支撑能力的可持续性逐渐减弱,如不采取相应措施,未来将难以避免跌入不可持续状态;2005~2019年土地生态安全警情呈“中警-轻警-中警-轻警”的波折变化,最终稳定为轻警,预测2020~2025年将延续轻警,跌入重警的可能性较小,但仍存在跌回中警的风险.临湘市应通过发展生态友好型产业､加大环保投入､有序扩张第二产业和建设用地､节制消费和应用新技术提高生产力等措施,综合改善土地生态安全状况.研究认为二维预警模型可有效避免传统模型预警失真的问题,有利于提高土地生态安全预警结果的全面性､前瞻性和合理性.     

基于海洋功能区划的锦州湾海域承载力评价及预警研究

研究满足人海协调发展的海域利用的适应性规模以及资源环境承载力的评价方法,具有重要的理论和现实意义。海洋功能区划是海洋空间开发利用管理的基本依据,本文提取整理了2007年、2014年的锦州湾海域使用类型面积及海洋功能区划面积,依据其资源耗用系数及允许开发因子,构建了基于可变模糊计算模型的海域开发利用承载力评价方法,对2007~2014年锦州湾附近海域使用状况和海域承载力进行评价预警,并研究其变化趋势,得出以下结论:①2007~2014年,锦州湾海域使用面积增加,海域开发承载力从临界超载变成超载,且锦州湾附近海域使用类型向资源耗用系数高的海域使用类型转变;②锦州湾中部区域的海域开发承载力级别特征值和承载力指数高于北部和南部区域,2014年其海域开发承载力预警等级达到了极重警,因此需要更加注重合理规划和调整中部区域的海域利用结构;③2007~2014年锦州湾南部区域海域开发利用活动强烈,海域开发承载力指数增长了39.6%,增长速度高于北部及中部区域。     

重庆市生态系统服务功能价值时空变化研究

基于重庆市2000年、2005年、2010年的3期遥感解译的土地利用矢量数据,通过分析区域生态系统服务价值理论和方法,参考并修正国外学者Costanza和国内谢高地的生态系统服务价值系数,对重庆市2000—2010年的土地利用二级分类指标进行了4大类17种小类的生态系统服务价值的估算,采用基于GIS的生态系统价值密度、ESV保持率等方法指标反映研究区10年来的生态系统服务价值时空变化特征,研究结果表明:1重庆市2000年、2005年和2010年各类生态系统年提供总服务价值量分别为4285.39、4490.29和4621.18亿元,就生态系统而言,林地生态系统提供的总服务价值最高,2010年占总价值的69.03%;其次是水域和草地,分别占总价值的14.35%和9.12%;就生态系统服务类别排序为调节服务(71.31%)支持服务(19.01%)供给服务(5.87%)文化服务(3.81%);22000—2010年重庆市生态系统服务价值量总体呈不断上涨的时序变化趋势,增幅达到7.27%;生态系统服务价值保持率为1.078,虽然城市建设占用了大量的农田生态系统,但单位面积生态系统服务价值较高的水域和林地面积的ESV价值增幅明显;3生态系统服务价值密度最高的空间分布上呈"西低东高,一轴两翼"的格局,中部的垫江县生态价值密度最低,主要受较为单一的农田生态系统影响;4研究区的ESV与GDP在空间分布和时序上的差异明显,2010年重庆的地均ESV为5.60万元·hm~(-2),高于全国的平均值;人均ESV为1.60万元,低于全国的平均值;人口密度大是造成人均ESV低的主要原因;2010年人均ESV与人均GDP的比值为1∶1.72,低于全国的平均接近1∶1的比值,表明重庆市的生态系统服务价值相对国民生产总值的相对不足.     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

气候和土地利用变化对上海市农田生态系统净初级生产力的影响

以上海市主要植被类型农田为研究对象,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟的近50年上海市农田净初级生产力(NPP)以及1987、1997和2004年上海市的TM遥感影像数据,分别计算了气候变化和土地利用变化对上海市农田生态系统NPP总量变化的影响.研究结果表明,如果只考虑气候变化,1961～2006年上海农田年平均NPP值增加了64.37g·m-2(以C计),平均每年增长1.43g·m-2.年平均温度和降水量均与NPP显著正相关.另一方面,上海农田面积占总面积的比例由1987年的76%递减到2004年的43%.在土地利用变化和气候变化双重因素的驱动下,自20世纪80年代以来,上海农田NPP总量减少了42%;相对于气候变化影响,土地利用变化对农田NPP总量影响较大,其中,20世纪80年代到90年代,土地利用变化对NPP总量变化的贡献率占78%;20世纪90年代到21世纪初土地利用变化的贡献率达92%.     

中国水土资源本底匹配状况研究

论文以中国水资源二级区为基本单元,利用单位面积水资源量法和基尼系数法,以二级区水资源总量和潜在可开垦耕地面积为数据基础,评价中国水土资源本底匹配状况,为中国水土资源优化配置提供科学依据。首先根据适宜农作物耕种的高程、坡度和土壤类型条件,得到中国潜在可开垦耕地分布;然后,计算单位潜在可开垦耕地面积水资源量,评价中国水土资源本底匹配分布状况;最后,绘制水土资源洛伦兹曲线,计算基尼系数,对中国水土资源本底匹配总体状况进行评价。研究结果表明： 1）中国北部区域潜在可开垦耕地较多,西南部和南部沿海区域分布较少,未来具有较大耕地开发潜力的区域主要分布在北方; 2）中国本底水资源和潜在可开垦耕地资源空间分布存在严重错位; 3）较之已有研究成果中依据水资源量和耕地面积计算的基尼系数0.566,论文以本底水资源和潜在耕地为基础数据计算的基尼系数0.712要大很多,表征中国本底水土资源不匹配程度要严重得多,中国80%的水资源服务不到23%的潜在可开垦耕地。     

近15年科尔沁沙地及其周围地区土地利用变化分析

利用2期土地利用图形数据对科尔沁沙地及其周围地区的土地利用变化进行分析发现:1985～2000年该地区耕地增加15.34%,林地增加2.48%,草地减少6.28%,水域减少7.72%,城乡工矿居民用地增加1.99%,未利用地减少4.04%;其中草地向耕地转化的面积最大,为4932.00km²,占全区土地利用变化总面积的63.85%,转化的空间分布呈现出向科尔沁沙地边沿及其外围扩展的态势。经相关分析及文献调研得知,人口增长和经济发展是研究地区耕地增加、进而导致系列土地利用变化的根本原因;此外,土地开发和生态环境保护等宏观政策也是影响区域土地利用变的重要人文驱动力。     

石漠化治理区土地利用变化安全性评价——以花江、红枫湖、鸭池石漠化治理区为例

土地利用变化的安全性是可持续土地利用的重要评价标准之一。以花江、红枫湖、鸭池三个石漠化治理区为例,运用“纵横向”拉开档次法,对石漠化治理区土地利用变化的安全性开展评价,为评估石漠化治理区土地利用变化效应和改进石漠化治理区的土地利用方式提供借鉴。结果表明：（1）石漠化治理区的土地利用变化明显。花江、红枫湖、鸭池三个石漠化治理区的土地利用变化面积比例分别为2.85%、3.34%和37.88%,表现为林地和建设用地增加,耕地和未利用地减少。（2）土地利用变化对不同治理区的综合安全性和生态、经济、社会安全性的影响不同。花江治理区和红枫湖治理区的综合安全性分别提高1.44%和0.46%;鸭池治理区的综合安全性下降了1.9%。花江治理区的生态、社会安全性有所提升,经济安全性有所下降;红枫湖治理区的生态安全性有所提升,经济安全性变化不明显,社会安全性有小幅下降;鸭池治理区的生态安全性有明显下降,经济安全性有小幅提升,社会安全性有小幅下降。（3）各治理区的生态、经济、社会安全性对土地利用变化的敏感性存在差异,其中生态安全性对土地利用变化最敏感。揭示石漠化治理区土地利用变化对生态安全性的影响最明显。在后续石漠化治理和土地利用规划中,应重点关注土地利用变化对区域生态安全的影响。     

基于微空间单元的岩溶峡谷区土地利用结构演变

采用2004年、2010年和2015年分辨率均为2.5 m的SPOT等遥感影像和社会经济数据,创建200 m×200 m网格的微空间单元,计算单元网格内地类面积占比、土地利用程度综合指数,并结合双变量局部空间自相关和热点分析法,深入研究岩溶峡谷区土地利用结构演变特征。结果表明：（1）2004年林地、耕地、聚落和裸岩裸土网格内平均占比分别为6.46%、11.76%、0.87%、28.86%,2010年分别为10.36%、8.77%、1.27%、27.13%,2015年分别为9.13%、10.30%、26.18%、1.29%;（2）各种土地利用类型在空间分布上具有明显的空间差异特征;（3）耕地热点区呈减少趋势,且后期主要集中在研究区西南部,林地热点区总体增加,裸岩裸土极热点区逐渐向研究区东北部收缩。而近几年土地利用程度热点区逐渐向研究区西北部延伸,花椒林则主要分布于北部干热河谷地带。简而言之,花江峡谷区林地面积增加,且逐渐向集中连片演变,而裸岩地逐渐向峡谷区北部以及东北部收缩,研究区农户生计多样化发展及交通条件的改善,使得土地压力减小,生态环境逐渐转好。本文以典型岩溶地貌单元为代表,揭示中国西南岩溶山地的土地利用演变规律及内部差异性,对研究更大尺度土地利用演变特征与规律具有重要意义。