基于BP神经网络的水环境承载力预警研究——以北运河为例

为了预测水环境承载力未来可能出现的超载状态并提出警告,达到水环境风险管控的目的,本文构建了基于BP神经网络的水环境承载力预警方法体系,并在北运河流域开展了实证研究.所构建预警模型包括COD、氨氮、总磷承载力预警子模型和水资源承载力预警子模型,且模型拟合效果较好（平均绝对百分比误差在20%左右）.研究结果表明：朝阳区、海淀区等8个行政区落在了红灯重警区域,水环境承载力超载状况最为严重;位于北运河中下游的石景山区、广阳区、北辰区和香河县处于橙灯中警区域;昌平区、顺义区等5个行政区处于黄色轻警区域;怀柔区和延庆区处于绿色无警区域,状况较好.最后,为了排除警情,基于双向调控的原则,本文从水环境全过程控制角度,分别对各区域提出了调控区域人口规模及经济发展方式、治理面源污染等具体排警措施.     

城镇集中式饮用水水源地安全预警指标体系研究

我国城镇饮用水水源安全形势仍十分严峻,存在城镇供水短缺、水体污染、水源地监测能力不足等问题。基于上述现状问题,本研究按照河道型、湖库型、地下水型饮用水水源地分类构建了水质和水量安全预警指标体系;旨在及时监控和预警城镇集中式饮用水水源地水安全隐患,为完善我国城镇集中式饮用水水源地监测预警体系提供支撑。     

城镇发展的可持续性评价方法及其应用

采用多目标评价方法构建以发展度、协调度和支撑度为评价指标的评价模型,对城镇发展的可持续性进行评价.运用层次分析法,从人口、社会和经济等方面建立评价指标体系,评估人工生态系统的发展度和协调度,将资源和环境状况作为"支撑度"指标评估自然生态系统的可持续性,进而计算城镇发展的综合可持续性水平.以福建省铁山镇为例,应用该模型进行评价.结果表明,铁山镇发展的可持续性水平为0.617(取值范围0～1),属于中等可持续水平,水环境污染是最主要的瓶颈因素.该评价方法可以辨识城镇发展的可持续性,为城镇产业发展的方向和规模等提供决策依据.     

水资源环境承载能力监测预警平台设计探讨

建立水资源环境承载力监测预警平台与机制,是实现我国环境管理战略由以环境污染控制为目标导向,向以环境质量改善为目标导向彻底转变的重要支撑手段。以水资源环境承载力领域的相关研究进展为基础,提出水资源环境承载力监控预警平台的设计框架,平台设计的逻辑结构、核心功能以及相对应的水资源环境承载力评估技术,并对该平台建设的困难、问题及未来的发展趋势进行了分析,以期为水资源环境承载能力监测预警机制建设提供有益的参考。     

银川平原生态系统与水资源开发的耦合关系研究

在实地调研和资料分析的基础上,着重分析银川平原生态系统的脆弱性和基本格局,分析水资源的蕴藏条件和对生态系统的支撑作用,认为在银川平原生态系统与水资源开发的关联因素中,人类的开发活动具有主导作用,黄河引用水量是绿洲生态和社会发展的决定性因素,全球变暖、绿洲内部的盐渍化、城镇及工业污水等,对银川平原生态系统及水资源的开发均具有不利的影响,同时形成更大范围和更深层次上新的耦合关系。     

基于ArcGIS Engine的溢油环境预警软件(OSEA)开发

溢油环境预警软件(OSEA)是采用基于ArcGIS Engine的软件开发技术,开发的能够应用于溢油事故预警领域的业务化应用软件,该软件的开发是国家科技支撑计划课题"水上溢油预测预警技术开发"的研究任务之一。在介绍溢油环境预警软件开发背景、溢油环境预警基本理论及采用基于ArcGIS Engine二次开发技术进行软件开发的优势的基础上,重点阐述了溢油环境预警软件(OSEA)的功能组成及其主要功能的实现。     

水资源约束下北京地区2004-2020年土地利用变化情景模拟研究

利用系统动力学(System Dynam ics,SD)的原理和方法,发展了水资源约束下的城市土地利用情景变化SD模型。基于北京1980-2003年土地利用变化过程,构建了水资源约束下北京市城镇建设用地情景变化SD模型,对2004-2020年北京市城镇建设用地的变化进行了模拟研究。结果表明,该模型具有一定的有效性,有助于正确理解自然资源对城市发展和土地利用变化的深远影响。模型模拟结果显示,2004-2020年无约束情景下建设用地年均增长量为40.42～63.38km₂,建设用地占总面积的22%～25%;约束情景下年均增长量为21.21～51.3km₂,建设用地占总面积的20%～24%,远低于无约束情景;水资源强约束情景下建设用地的扩张速度仅为弱约束情景的37.6%,为无约束情景C的33%。可见,随着北京城市化进程的加剧和经济的进一步发展,水资源对北京区域发展的制约作用越来越明显,对土地系统的影响也将更为直观和深刻。     

基于物元模型的张家界市生态安全预警研究

从城市生态安全预警研究出发,以张家界市为研究对象,采用PSR模型的变形式TSA(威胁-状态-调节)模型构建生态安全顸警指标体系,基于熵权法确定预警指标权重,利用物元分析模型进行量化预警研究.结果表明:张家界市的生态安全处于不稳定的"安全"状态,不符合生态"安全"等级,但具备朝"安全"等级转化的条件,总体警情呈现出一路好转的趋势,警度朝绿色预警变化.在此基础上,提出张家界市保护生态安全的建议与措施.     

城镇化进程中农村水资源保护相关问题思考

随着我国进入城镇化高速发展阶段,水资源作为支撑城镇化发展的基础资源,已经成为部分区域城镇化的重要制约因素之一。农村城镇化改变降雨—径流—蒸发水资源循环模式,影响水资源循环特征,造成水资源涵养能力不足、生态基流难以保障等,而生活污水、工业废水排放,暴雨径流等严重影响河流水质,迫切需要研究基于"量水而行、因水制宜"需求的新型农村水资源保护模式。本文针对现有农村城镇水资源保护中的不足,建议强化农村城镇化中的规划水资源论证地位,完善水资源全过程管理,以区域水资源整体作为农村城镇水资源保护的着力点,全面落实最严格水资源管理制度,形成节水优先、空间均衡、系统治理的农村水资源保护模式。     

基于PSR与DCE综合模型的水资源短缺程度及变化趋势分析——以北京市为例

开展水资源的短缺程度及变化趋势研究是实施最严格水资源管理的基础支撑。以PSR和DCE综合模型为研究工具,构建了水资源短缺程度及变化趋势动态评价模型,并对北京市各行政区2003—2010年水资源短缺程度及变化趋势开展应用分析。研究结果表明,北京市的水资源短缺程度呈先加重再减缓又加重的波动变化,除市辖区、昌平区、密云县、延庆县的变化幅度较为明显,大多数行政区水资源短缺程度变化并不剧烈;房山区、顺义区、昌平区、怀柔区、平谷区、延庆县在2003—2010年水资源短缺程度变化速度综合情况为正值,即短缺程度呈现加重趋势;市辖区、通州区、大兴区、密云县在2003—2010年水资源短缺程度变化速度综合情况为负值,即水资源短缺程度呈现减轻趋势。     

新时代下中国自然资源安全的战略思考

中国特色社会主义进入新时代,经济处于转型升级的攻关期,自然资源安全保障被赋予了新的使命和要求。刚成立的自然资源部为新时代中国自然资源安全保障和综合管理的发展带来了新机遇。新时代是30 a以上的大尺度,其中长期战略安排需基于对自然资源历史变化的系统总结和对未来中长期的资源供需形势的战略研判。综合来看,未来中长期中国水资源需求仍将上升,耕地的粮食供应压力增大,直接影响民生福祉;矿产资源需求整体仍处于高位,不同矿种需求由“普涨”转向“结构性分异”;森林资源木材供给压力加重,关联着现代化经济体系的建设目标。以生态文明战略为统领,践行“绿水青山就是金山银山（两山）”的理念,坚持节约资源和保护环境,是保障中国自然资源安全的关键。为缓解中国整体资源安全压力,提高自然资源综合保障能力,以更有力地支撑中国“两个百年”战略目标的实现,建议：抓紧开展面向新时代的中国自然资源战略研究及顶层规划设计;实行严格的自然资源管理和环境保护制度;优化资源供给结构,加快资源开发利用的科技创新;立足国内,提高资源利用效率,促进循环利用,加强资源领域的国际合作。     

自然资源与环境安全研究进展

跟踪研究自然资源的演化、开发利用过程调控机理一直是中国科学院地理科学与资源研究所(以下简称我所)资源环境研究领域的重要研究任务和研究方向。论文总结了1950年以来我所自然资源与环境安全研究领域取得的成果与进展,在1950—1978年期间,我所自然资源与环境安全研究以大规模的自然资源调查与综合科学考察为主,丰硕的考察成果对中国的资源开发和区域发展提供了重要科学支持,做出了不可磨灭的贡献,而且在系统地积累科学资料和开拓资源科学方面也发挥了积极作用,它为了解我国资源环境、建立资源科学体系奠定了坚实的基础;1978—2000年期间,我所自然资源与环境安全研究转向了区域资源综合科学考察与资源科学研究并重的格局,完成的一系列考察报告为区域发展指明了路径,为全面认识中国自然资源和开展自然资源综合研究奠定了数据基础。2000年以来,我所自然资源与环境安全研究更加注重学科体系建设,促进了资源科学的学科体系建立;更加注重世界资源研究,将自然资源考察地域拓展到全球范围;更加注重机理过程研究,在资源环境承载力、资源流动、资源安全、生态服务功能等领域进行了理论开拓;更加注重资源开发利用技术研究,在环境修复的理论和技术方面取得了一系列成果。展望未来,我所资源与环境领域研究将会继续以国家重大战略需求为导向,以水资源、土地资源、生物资源、能源及矿产资源等关键资源为主要对象,在以下5个方面开展系统深入的研究,推动资源学科的建设与发展:①区域综合科学考察与资源科学综合研究;②水土资源可持续利用及其复杂性;③自然资源流动过程及其生态环境效应;④世界自然资源态势与国家战略性资源安全;⑤环境修复机理与废弃物资源化利用。     

京津冀地区水资源供需平衡及其水资源承载力

京津冀地区丰水年可实现水资源供需平衡;平水年以下,水资源供需矛盾突出;即使降水偏丰年份,京津地区依然供不应求;水资源短缺已成为影响京津冀地区21世纪经济社会可持续发展的主要制约因素。在区域水资源供需平衡分析的基础上,应用“承载人口数”方法定量研究了京津冀地区不同生活水平、不同水平年下水资源所能承载的人口数量与经济发展规模。研究表明:在平水年(p=50%)以上,按温饱标准,水资源承载能力高于现状人口,但是按小康标准,水资源支撑的经济指标无法实现;发达地区遇到枯水年时,可以通过降低福利标准提升水资源承载力,但对于部分欠发达地区,遇到枯水年时,福利标准已经很低,可能会出现水危机。南水北调实施以后,京津冀地区水资源承载力有所提升,但由于人口的增长,社会福利水平并没有显著提高。因此,解决京津冀水资源短缺问题,不能只谈调水和节水,还需防止人口过度膨胀,否则,南水北调成果有可能被过度的人口所吞噬。     

基于时差相关分析和模糊神经网络的白洋淀流域水环境承载力评价预警

为实现水环境承载力评价和预警,运用耦合DPSR模型和时差分析方法构建了白洋淀流域水环境承载力监测预警指标体系,并结合神经网络与模糊数学构建了T-S模糊神经网络模型,根据控制图法确定了监测预警指标阈值,解决了水环境系统的随机性和模糊性问题,最终实现了白洋淀流域水环境承载力的有效评价和预警。结果表明:1)白洋淀流域水环境承载力在2012-2015年处于较弱承载状态,在2016,2017年处于中等承载状态,现状评价等级由Ⅳ级(橙色警灯)转变为Ⅲ级(黄色警灯);2)在现状发展趋势下,2018-2035年白洋淀流域水环境承载力整体呈先上升后下降趋势,自2026年以后流域水环境整体呈恶化状态,水环境承载力逐渐从中等承载(黄色警灯)向较弱承载(橙色警灯)和弱承载状态(红色警灯)转变;3)未来区域人口的增长和雄安新区的快速发展会给白洋淀流域水环境带来巨大压力,因此可加大区域水环境保护力度,实施基于空间单元的精细化环境管控方案,推动区域经济绿色转型,促进区域水环境质量全面改善和良性发展,以提高区域可持续发展水平。     

面向流域水质安全预警的土地开发压力源评估方法及其应用

为适应水环境风险管理中压力源风险的快速识别需求,构建了土地开发压力源评估方法,并以三峡库区为案例区进行应用研究. 土地开发压力源评估方法首先是基于不同土地利用类型的排污参数来确定敏感土地利用类型和不利转移方向,再采用状态和趋势兼顾的原则筛选流域内敏感单元,然后根据各单元的实际特征逐一确定预警指标,以进行压力源评估和预警级别划分. 案例研究结果表明:重庆市辖区控制单元、涪陵区万州区控制单元和澎溪河开县控制单元是库区水质安全预警的3个敏感单元;其中,重庆市辖区控制单元和涪陵区万州区控制单元的预警指标均为敏感土地类型面积比例和发生不利转移的土地面积比例,其中重庆市辖区控制单元的2个预警指标值分别为42.17%、3.43%;涪陵区万州区控制单元分别为32.86%、1.74%;而澎溪河开县控制单元的预警指标仅为敏感土地类型面积比例,其值为32.31%. ③重庆市辖区控制单元、涪陵区万州区控制单元和澎溪河开县控制单元的预警指标最大超标率分别为163%、33%和19%,相应各单元土地开发压力分别为红色预警(重警)、橙色预警(中警)和黄色预警(轻警)级别. 从管理意义上,重庆市辖区控制单元和涪陵区万州区控制单元未来需要从优化当前土地利用方式、合理控制未来土地开发的双重角度来降低压力;澎溪河开县控制单元未来应重点关注和降低当前土地利用状况对水质安全的压力. 研究认为,所提出的面向流域水质安全预警的土地开发压力源评估方法具有可操作性,其案例研究结果可为三峡库区案例区水环境风险管理提供决策支撑.      

水资源约束力的内涵、研究意义及战略框架

针对世界和我国快速城市化进程中水资源对社会经济发展制约作用不断加强的态势,首次较为系统地提出了水资源约束力的概念,并在阐述其基本内涵和研究意义的基础上,就水资源约束力研究的战略框架进行了初步探讨。研究认为:水资源约束力研究是我国和世界21世纪水安全研究的重要内容之一;在水资源承载力、水资源压力研究的基础上,进一步研究水资源约束力,可以完整地揭示水资源系统与社会经济系统之间的相互作用和关系,对水资源科学的发展具有重要的理论和现实意义;当前应尽快建立并完善水资源约束力研究的理论体系,加强水资源约束力的基本理论、量化方法和实证研究,重点加强区域水资源约束力的产生、影响因素、影响机制、变化规律、调控途径等的研究,并不断拓展研究领域,加强水资源约束力与水资源科学其它领域的集成研究。     

基于GIS的北方典型区水资源承载力研究——以北京市通州区为例

水资源承载力研究是保证水资源可持续利用,寻求区域可持续发展的重要依据。论文以北京市通州区为例,根据研究区特点,建立了水资源承载力评价指标体系,对各评价指标的可承载极限临界值进行了界定;利用GIS技术的网格剖分法建立了研究区水资源承载力指标数据库;提出了基于GIS技术和模糊综合评判模型的区域水资源承载力综合评价模型,建立了水资源承载力评价数据库,实现区域内水资源承载力的空间差异分析。结果表明,通州区内部水资源承载力与区域发展水平的差异一致,由城区到远郊,水资源承载力呈逐渐减弱趋势,伴随城区不断发展,影响范围的扩大,预测通州区到2020年水资源承载力整体处于一个较高水平。     

基于熵权的长沙市城市生态安全综合评估与预测

城市是一个社会-经济-自然复合生态系统,区域资源与城市自然系统是城市社会经济发展的重要基础和载体。城市生态安全评估是对未来的安全状态进行预测,以实现城市的可持续发展。文章以长沙市为例,在城市生态安全主要影响因素识别的基础上,应用PSR模型、熵权法等建立城市生态安全评估指标及计算方法,研究了长沙市近11年来生态安全的变化趋势。研究结果表明,1999-2009年间长沙生态安全的趋势由较不安全向较安全状态发展,生态安全值从25.4提高到60.7,人文环境响应是长沙生态安全改善的主导因素,资源环境压力,水土资源保持是限制长沙市生态安全的主要因素。     

国土空间规划中水生态空间及保护线的多维识别技术与应用

水资源短缺制约了很多城市的发展,而水资源的可持续利用潜力与承载能力与水生态空间密切相关。综合考虑水生态空间的系统性和完整性,以济南市为例界定了水生态系统的功能属性,明晰了水生态空间和水生态保护线的基本概念,利用GIS空间分析技术,并协同多种涉水规划,集成水生态系统的复杂功能,提出了水生态空间和水生态保护线划定技术方法,对于城市水生态系统保护及优化国土空间格局具有重要支撑作用。研究结果表明：济南市水生态保护线面积为1992.2 km²,水生态保护线面积仅占水生态空间的60.2%,两者的保护范围有明显差异。从不同维度表征了济南市水生态系统保护空间的分布特点,其中,陆域空间是保障水生态系统服务功能的重要组成部分,滨水岸线是水生态系统最脆弱的区域,水文化空间还有很大潜力有待挖掘,济南市在保障水安全和改善水环境等保护目标上面临较大压力。