浑太河流域不同水生态功能区环境要素的分布特征及其与土地利用之间的关系

为深入分析不同水生态功能区土地利用方式对环境要素空间分布特征的影响,于2009—2016年对浑太河流域300个样点的407组数据进行野外监测（包括26种水环境要素数据以及2010年和2015年的Landsat TM遥感影像数据）,采用主成分分析、Spearman相关性分析和多元线性回归分析,筛选主要水环境因子,分析流域水质指数（WQI）的空间变化规律,结合水生态功能分区和各样点的土地利用数据,探究了不同水生态功能区土地利用方式对河流主要环境要素的影响.结果表明:①电导率（EC）、溶解氧（DO）、悬浮物（SS）、5日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD_Cr）和铵态氮（NH₄+）是影响浑太河流域水质状况的主要环境要素.②水生态Ⅰ区和Ⅱ区WQI较高,水质状况较好,平均值分别为86.80±6.47和85.57±6.69,其中等级为好的样点占比分别为30.41%和21.70%;水生态Ⅲ区水质较差,WQI平均值为72.92±13.75,其中建设用地和林地是影响WQI的主要土地利用类型;随着林地面积减少,建设用地面积增加,WQI逐渐降低（R_adj2=0.25）,其中等级为好的样点占比仅为0.94%,而等级为差的样点占比超过50%.研究显示,土地利用对河流主要环境要素的影响在3个水生态功能区有显著差异,建设用地面积的快速增加和林地面积的大幅降低是影响浑太河流域水生态Ⅲ区水质状况的主要驱动因子.      

An approach and preliminary model of integrating ecological and economic constraints of environmental quality in the Guayas River estuary, Ecuador

We describe conceptual and simulation models of land use within the intertidal zone of the Guayas River estuary to quantify the contribution of mangrove wetlands to maintaining environmental quality of a tropical estuary. The goal of this exercise is to demonstrate the important consideration of ecological constraints in determining economic and management decisions; and how modeling can be used to quantify impacts of land use such as loss of mangrove wetlands on environmental quality. Our conceptual model treats solar energy, river flow, and tides as forcing functions that control the properties of estuarine ecosystems, but also describes market forces and cultural policies as constraints on properties of socioeconomic systems. The controversy of coastal resource management in Ecuador centers around the relative impacts of shrimp pond construction and management as negative feedbacks to the environmental quality of the Guayas River estuary. Unique oceanographic processes and land use changes contribute to complex issues of water and habitat quality in this tropical estuary, the largest estuarine complex on the Pacific coast of South America. A dynamic box model was developed for the estuary and calibrated with data collected from a 14 month survey of water quality parameters throughout the estuary. Scenarios included conversion of mangroves to shrimp ponds in three regions of the estuary, and the construction of a dam by varying three different rates of river discharge at 100, 50 and 10% of 1989 base flow. Good water quality is maintained by the low residence time of water in the estuary (11 d) because of seasonally high river flow and tidal exchange. With a 90% reduction of mangrove forests in the estuary caused by shrimp pond construction, total nitrogen concentrations increased 5 fold. However, as river discharge decreased to 10%, the same construction caused a 60 fold increase in nitrogen concentrations to 250 μM. Increases in nitrogen concentrations were higher in the upper estuary region, with much less change in the lower estuary. Thus the sensitivity of environmental quality to changes in land use in the intertidal and upland zone are linked to the hydrography of the estuary and is site specific. In the future, the combinations of these ecological models together with economic analyses of the goods and services of mangroves may provide better techniques to evaluate the economic impacts of specific coastal zone management decisions.     

基于偏最小二乘模型的河流水质对土地利用的响应

流域土地利用类型变化是影响河流水质的重要因素之一.为探究子流域尺度土地利用与河流水质之间的相互关系,本文基于太子河流域遥感影像和水质数据,采用偏最小二乘模型(partial least squares,PLS),分析不同土地利用类型对流域水质的影响程度.选取7个不同子流域土地利用类型面积百分比作为自变量X,总氮(TN)、硝酸根离子(NO_3~-)、氯离子(Cl-)与硫酸根离子(SO_4~(2-))这4个水质参数浓度值作为因变量Y,构建了土地利用类型与河流水质数据的偏最小二乘模型,并使用其余子流域数据对构建的模型进行验证.结果表明,太子河流域不同子流域土地利用类型与河流水质指标TN与NO_3~-之间线性关系显著,决定系数R~20.62.其中,耕地面积变化对水体中TN浓度变化影响明显,居民及工矿建设用地面积变化则对水体中NO_3~-浓度变化影响强烈.但对于Cl-和SO_4~(2-)来说,土地利用类型对其浓度大小有一定影响,但并不是最主要的影响因素.虽然太子河流域未利用地面积百分比极小(1.13%),但是未利用地面积变化对水质参数有较显著影响(影响系数0.24).     

常州市环境管理信息系统中水质模型及其应用

本文在研究河流水质模型和河网水质模型的基础上,利用河流水质模型组成河流水质模拟,模型参数识别和水环境容量优化分配计算模块:利用河网水质模型组成河网水质模拟、河网水域水环境容量计算模块,并在此基础上形成水质模型软件系统。      

青岛市拥湾发展战略中重大环境制约因素解析

通过筛选"环湾保护拥湾发展"战略中重大环境制约问题,识别出战略实施过程中可能产生的主要环境问题,包括填海造地引起岸线变化、污染物入海总量增加、环湾主要流域及胶州湾水质恶化、海洋湿地及近岸生态系统破坏等,进而反过来分析发展战略可能引起的生态环境变化对拥湾发展战略自身影响,对环湾区域经济发展的制约;寻找破解这些问题的途径、方向。通过有效解析青岛市拥湾发展战略中重大环境制约问题,为拥湾发展战略提供技术支撑,更是环湾保护的切实体现。     

流域水生态系统完整性模拟方法展望

水生态系统完整性变化模拟是流域水生态退化诊断、风险预警和修复重建的基础。受到多种环境压力的叠加影响,水生态系统完整性状态具有累积性、复合性和滞后性的响应特征,难以采用常规静态实验和水质模型进行表征和预测。梳理了国内外该领域最新进展,按照水生生物、生态系统动力学、栖息地适宜性、统计经验、流域水系统耦合等5类模型,阐明了不同类型模型的基本原理、适用性和应用案例。结果表明:我国环境管理亟需水生态系统完整性模拟工具支撑,应围绕该领域开展重大科学基础研究,突破河湖水生生物模拟预测和多尺度耦合关键技术,加快构建具有自主知识产权的水生态系统完整性模型库和参数库,推动建设我国流域水生态系统模拟器大科学装置,支撑构建长江、黄河等重点河流水生态系统综合管理体系。     

平原河网地区土地利用生态适宜性评价——以上海市张江功能区域为例

以上海市张江功能区域为研究对象,借助于ArcGIS和Fragstats的统计分析功能,研究2000～2006年区域土地利用和景观格局动态变化特征,表现为区域工业用地增长过快,水域等自然下垫面明显减少,绿色廊道建设不足,区域景观格局空间分布有待优化。运用生态适宜性评价方法,划分了生态适宜性评价等级及标准,从自然生态和人文生态两个维度,构建了以工业用地,居住用地和河流廊道为主体的土地利用生态适宜性评价指标体系。评价结果表明:生态适宜性综合评价值为0.82,三种用地类型得分处于0.79～0.84之间,均为中度适宜等级;工业和居住用地自然生态建设不足,生物资源保护、环境质量和绿地建设是主要自然限制因子;河流廊道生态效应未能充分发挥,河岸建筑密度、河岸带舒适性、河流廊道连续性和植被结构完整性是主要限制因子。     

滇池河流降雨径流资源利用的技术途径

根据城市污水土地处理慢速渗滤等工艺的去除率BOD₅和COD_Cr分别为84.3%和82.5%,TP、KN和NH_3-N分别为94.9%、85.8%和89.4%,SS也高达58.4%。保证这类生态工程终年稳定运行的核心问题是:处理出水水质稳定和处理水量的稳定。影响稳定的主要因素有作物非用水季节(收获和栽种)的水量调节系统、雨季稳定运行和高去除率的处理工艺、适应慢速土地处理的气候和土壤等环境条件以及水量平衡调节与管理的有效保证。集水区域内实行分区管理的截流和改善下垫面排水调控能力的水利工程,配合使用灌溉型慢速土地处理(SR)或植物生长淹没床(VSB)湿地资源化利用与处理系统等生态工程处理工艺,是实现降雨径流资源化利用的主要技术保证。     

雅鲁藏布江中游河流生态系统健康状态对水环境因子的响应

河流生态健康评价是保护河流生物多样性、遏制河流水环境恶化趋势的前提,为探究雅鲁藏布江中游河流生态系统健康状态及其对水环境因子响应机制,于2021年的7月和10月在雅鲁藏布江中游进行浮游植物样品的采集和水环境因子的测定,鉴定浮游植物物种并计算其细胞丰度和生物量,构建浮游植物完整性指数评价该河段河流生态健康状态,分析水环境因子和浮游植物群落时空分布特征、P-IBI值和群落参数与水环境因子的相关性.结果表明,水环境因子在时间上差异不明显,在空间上有显著的差异;浮游植物平均细胞丰度和平均生物量大小为：丰水期>枯水期以及干流>支流,硅藻在群落中占绝对优势,pH和WT是驱动浮游植物时空分布的主要水环境因子;雅鲁藏布江中游生态健康状态整体为"健康-亚健康",河流健康状态枯水期优于丰水期、支流优于干流,EC、TUR、WT、NO₃^--N和NH₄⁺-N是影响该河段生态健康状态的主要水环境因子,可通过影响水体中浮游植物群落演替的方向和速率,参与和影响河流生态系统的物质循环和能量流动过程,驱动了雅鲁藏布江中游河流生态健康状态.     

基于三角模糊技术的河流水环境容量研究

基于河流水环境系统的随机性、模糊性特征,以及资料信息的不足和不精确性,将水环境系统参数定义为三角模糊数。在此基础上,通过将常规的确定性模型参量模糊化,建立了河流水环境容量计算模糊模型。根据该模型,可以计算得到三角模糊数形式的河流水环境容量;再由给定的可信度水平要求,可以进一步将水环境容量由三角模糊数转化为区间值。实例研究表明,相对于常规的确定性方法,所得结果更为科学、合理,而且计算简单、操作方便,具有实用价值。     

植穴控制体对盐渍土生态重建的可持续性评价

基于盐渍土生态重建过程影响因子的复杂性,采用综合指标评价方法,选取4类母指标和相应的13项子指标对植穴控制体生态重建技术进行可持续评价。4类母指标分别为土壤养分与结构改良程度、生产力持续水平、组分间关系协调性和生态、社会效益,对应的13项子指标分别为:土壤水分、土壤含盐量、土壤养分含量、土壤容重和水质;土地利用效果、土地生产力水平与稳定度、绿地结构与环境功能;生态重建年限、生物群落变化和生态景观效果;小气候效益和游憩的功能效益。经权重分析认为,植穴控制体生态重建技术评价分值为0.772,评价等级为Ⅳ级,表明植穴控制体模式的盐渍土生态重建技术具有较好的稳定性和可持续的功能效应。     

北部湾南流江流域土地覆盖及生物多样性模拟

以北部湾独流入海河流南流江流域为研究对象,基于研究区2000年和2015年遥感数据解译的土地利用数据以及社会经济等数据,采用CLUE-S模型对未来2030年生态保护情景、自然增长情景以及粮食安全情景的土地利用格局进行了模拟预测,在此基础上采用InVEST模型对流域过去和未来不同情景的生物多样性进行了评估,探讨了流域生物多样性的生境质量和生境退化程度.结果表明：2000~2015年南流江流域建设用地、园地、水域和未利用地呈现出增加趋势,其中建设用地的增幅最大,而耕地和林地减幅最大.流域土地系统中共存在着34种土地网络转移流关系,上游存在24种,中游20种,下游28种,耕地与建设用地、耕地与林地以及林地与园地之间的转换占到流域总土地利用变化的70.74%.CLUE-S模型模拟未来土地利用的Kappa系数达到0.86,表明模型模拟未来情景的土地利用精度满足要求.2000年、2015年、2030年生态保护情景、2030年自然增长情景以及2030年粮食安全情景流域生境质量总得分和平均得分分别为866630,900357,921055,876231,865370和0.7457,0.7747,0.7925,0.7539,0.7466.2030年3种情景的中上游和下游地区生物多样性都呈现出不同程度的改善趋势,而中游地区则表现出退化趋势.     

岷江上游河流健康状况的表征及评价

河流健康状况评价是河流管理和河流生态系统监控的基础。本文针对水电开发程度较高的岷江上游开展河流健康状态标识及评价研究。尝试从河流结构、生态环境功能、社会服务功能3个方面袁征河流的健康状况,其中引入鱼类生物完整因子,结合岷江上游水生生态特点及国外研究现状拟定了12个指标对该因子进行表述;并采用多目标模糊评价模型,在确定岷江上游指标权重与指标标准特征值前提下,开展健康评价。评价结果表明：岷江上游由于电站的建设导致枯水期减水河段的河流动力大幅度下降;蜿蜒度以及水质状况良好;减水河段长度比及纵向连通性较差,岷江上游鱼类生物完整性属差的状态,社会环境功能指标一般。河流的综合健康状况处于较差状态,需采取一定措施对其进行生态修复以期恢复到相对健康的状态。     

The effect of modelling expert knowledge and uncertainty on multicriteria decision making: a river management case study

To support decision making on complex environmental issues, models are often used to explore the potential impacts of different management alternatives on the environmental system. We explored how different model outcomes affect decision making. Two topics have our particular interest, namely (1) the influence of quantification of qualitative information on decision making, and (2) the influence of reflecting uncertainty in the model outcomes on decision making. We set up a survey, in which we use a case study describing a decision making situation in strategic river management. The survey was disseminated through the Internet. From the results we conclude that the quantification of information in itself does not necessarily change preferences, although the outcomes suggest that preferences converge when based on quantified information. When confronted with uncertainty information, respondents show a preference for the alternative with the smallest chance of negative impacts. The study shows that, whereas the modelling community often strives to provide the policy process with as good, and as detailed information as is possible, their assumption that this will automatically lead to ‘better’ decision making is not self-evident.     

非参数模型在河湖富营养化研究领域应用进展

河湖富营养化过程受流域水污染、生境破坏和闸坝控制等多因素非线性叠加影响,在一定程度上限制了常规水生态机理模型的模拟精度.非参数模型以其强大的数据分析能力在河湖水生态问题诊断和预测方面得到了广泛应用,该文系统梳理了国内外近20年来河湖富营养化非参数模型的相关研究成果,通过Citespace开展基于WoS与CNKI数据库的相关文献大数据可视化分析,全面阐明了结构方程模型（SEM）、贝叶斯网络（BN）、支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）、随机森林（RF）、梯度推进机（GBM）、广义相加模型（GAM）等主流非参数模型在河湖富养化营研究中的适用性与局限性,对具有相似特征的模型进行对比分析并提出展望,以期为水生态模拟相关研究提供科学有效的方法支撑.结果表明:非参数模型在河湖富营养化研究领域中的应用呈指数增长趋势,其中SEM、BN、RF、GBM和GAM模型适用于河湖富营养化问题的诊断和驱动要素识别,BN、ANN、SVM、RF、GBM和GAM具有良好的非线性拟合预测能力.非参数模型将是今后一段时期内开展水生态大数据分析诊断和预测管控的关键技术手段.综合考虑区域异质性与多重环境因子在不同时空尺度上响应关系及强人类活动干扰下的河流水生态退化风险,利用生态机理模型与非参数模型耦合求解与优化算法引入,精准识别水生态健康退化的环境压力阈值,开展变化环境下的水生态退化风险预测预警,将是未来非参数模型在河湖富营养化应用研究的重要方向.      

牛栏江——滇池补水工程生态保护与污染防治研究

研究了牛栏江水质现状,以及流域存在的主要生态和环境问题,提出了确保牛栏江-滇池补水工程水质安全达标的生态保护与污染防治综合对策措施。     

中小流域综合水质模型系列的建立

根据中小流域的水文特点和实际要求，建立了综合水质模型系列、将河流、水库和非点源污染模型有机结合在一起，并对河流水模型加以改进，增加了模拟ＣＯＤ和底泥泛起功能，完成了保护水源地的决策性水质模型，模拟和计算了非点源污染随降雨径流进入水体的过程，利用本模型系列可对流域进行优化管理。     

基于CLUE-S模型的黑河中游土地利用情景模拟研究 ——以张掖市甘州区为例

由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.     

基于MAPGIS的湖北房县土地生态环境敏感性分析

区域生态环境敏感性综合评价涉及许多因素,而且生态环境敏感性分区是制定生态环境规划的基础。本文结合湖北房县的实际的生态环境情况,从地质灾害、土地利用的合理程度以及水土流失三大类入手,结合层次分析法和MAPGIS平台对房县进行敏感性分区和评价,最后得出分区保护和治理的建议。通过对房县进行土地生态环境敏感性分区,有助于形成合理的生态规划布局。同时,为土地利用总体规划的合理制定提供了理论指导,为整个鄂西北山区生态功能区划工作打下了坚实的基础并提供了科学的依据。     

土地利用对太湖入流河道营养盐的影响

土地利用类型是影响面源营养盐负荷的重要因素.为定量揭示不同土地类型对太湖流域入湖河流营养盐浓度的影响,本文以太湖西岸乌溪港流域为例,基于流域土地利用类型的遥感解译,结合河道水质监测数据,分析了流域土地利用对太湖入流河道营养盐浓度的影响.结果发现,河道水质与土地利用类型联系紧密：旱地农田和建筑用地占比对河道氮、磷、有机碳及浮游植物叶绿素a等营养盐相关水质指标影响巨大,果园用地占比也与河道营养盐浓度正相关,而林地占比则与营养盐浓度负相关;流域水域的利用情况及其面积占比也显著影响河道营养盐：河流及水库等的水体面积占比与河道溶解性总氮及硝态氮浓度负相关,自然坑塘及鱼塘等水域面积占比则与河道硝态氮和氨氮浓度负相关,而河流及鱼塘面积占比与河道溶解性总磷、溶解性有机碳和高锰酸盐指数等浓度呈正相关,自然坑塘面积占比与河道颗粒态磷和浮游植物叶绿素a浓度呈正相关.土地利用类型对河道水质的影响程度还受其距河远近的影响.上述结果表明在太湖等平原河网地区营养盐的面源污染控制中应当将土地与湿地的利用管控作为重点实施管理,将湿地水域的自净能力提升纳入流域营养盐控制方案,并特别重视下游河道两岸旱地及建筑用地的面源污染削减.