三江源区水源涵养功能评估

为实现三江源区水源涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,从水源涵养的概念出发,解析水源涵养功能的内涵特征和表征指标,提出了三江源区水源涵养功能评估技术框架,并基于SWAT模型建立三江源区水文模型,通过年尺度、月尺度和日尺度的水文模拟,完成三江源区水源涵养功能定量评估.从水文模型校准结果来看,直门达、唐乃亥和香达3个验证站日径流量最大相对误差不超过17.0%,月径流量最大相对误差不超过13.0%;日尺度模型中直门达站模拟效率系数超过了0.6,其他两个站也超过了0.5,月尺度模型中3个验证站模拟效率系数均超过0.6以上;日尺度模型和月尺度模型验证结果均可接受,在一定程度上较好地揭示出了三江源区的水量输出过程、趋势和规律.应用该模型对水源涵养功能进行定量评估,长江流域、黄河流域、澜沧江流域水资源供给量分别可达到158.8×108、326.2×108、72.6×108 m3;考虑土地利用和植被变化对流域径流输出的影响作用,植被破坏可能导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域地下径流量分别可能减少98.6×108、200.1×108和44.5×108 m3;在相同降水条件下,低植被覆盖会导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域年最大流量的平均值、最大值、最小值分别增加了约80%、60%和30%.研究显示,三江源区在保障下游用水、提升径流调节能力和缓解防洪压力等方面具有突出的作用.      

基于InVEST模型的白龙江流域水源供给服务时空分异

甘肃白龙江流域是我国嘉陵江上游水资源重要的补给地之一,对其开展流域生态系统水源供给服务功能空间定量评估研究,有利于水源区保护规划的制定和生态补偿机制的建立。论文基于研究区土地利用数据、气象、土壤和野外观测数据等,应用InVEST模型水源供给模块估算白龙江流域生态系统的水源供给量,并定量分析流域水源供给服务的空间分布特征及不同地形因子的影响。结果表明：白龙江流域生态系统水源平均供给量约在388 mm左右,且存在一定的空间异质性;中部干热河谷区域水源供给量相对较小,东南部山地林区降雨量大,水源供给量较高,林地（如云冷杉类、针叶林类等）和农田水源供给量较高。流域内水源供给量随海拔高度和坡度的增加呈现先增加后减小的趋势,其高值区主要分布在1 500~3 500 m和15°~40°区段;阴坡区域水源供给量大于阳坡区域。     

太湖流域圩区陆地生态服务价值评估

通过构建生态服务价值评价体系,对太湖流域圩区陆地生态服务价值进行估算,并分析其空间差异性. 结果表明:①圩区陆地生态系统面积为9 196.7 km2,其中农田、居民点与工矿用地、交通用地、林地等4个生态子系统面积所占比例分别为59.1%、34.5%、3.8%、2.5%. ②圩区陆地生态服务价值总量为219.374×108元/a,以间接生态价值(生态调节、生态维持价值)为主,占总量的61.6%. 其中生态服务价值最高的是下游杭嘉湖区(83.007×108元/a),其次为上游浙西区(39.104×108元/a)和湖西区(32.790×108元/a),三者占总量的70.6%;而下游浦西区、浦东区与上游的太湖区生态服务价值相对较低,仅占总量的9.1%. ③圩区单位面积陆地生态系统平均服务价值为2.385元/(m2·a),整体呈西高东低、南高北低的空间格局. ④因生态系统结构和生态效用机制的不同,林地单位面积各项生态服务均明显优于农田. ⑤流域景观综合指数在0.879~1.124之间,呈西高东低的空间分布特点.      

甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区（平均涵养深度在该三县2500~3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度）;低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区（平均涵养深度在该两县 2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度）。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

黄河中游地区生态系统服务的时空演变及权衡与协同关系研究

明晰黄河中游地区生态系统服务的权衡协同关系,是保证生态系统服务长期有效供应,实现黄河流域生态保护与高质量发展的重要前提。本文利用InVEST模型、ArcGIS和Matlab等工具对2000—2020年黄河中游地区的土壤保持、水源涵养、固碳以及生境质量服务的时空特征及其协同权衡关系进行分析。结果表明：（1）黄河中游地区土壤保持、水源涵养和生境质量服务总体呈上升趋势,而固碳服务呈波动下降趋势;（2）2000—2020年,土壤保持、水源涵养服务总体表现为“南高北低”,其高、低值区有所变动;固碳服务整体呈“东南高、西北低”,高、低值区变化不明显;生境质量服务高、低值区相间分布,高值区稍有扩散;（3）黄河中游地区固碳与生境质量服务、生境质量与水源涵养服务、水源涵养与土壤保持服务为协同关系,固碳与土壤保持服务、生境质量与土壤保持服务为权衡关系,而固碳与水源涵养服务整体上表现为不相关;（4）生境质量与水源涵养、土壤保持服务的权衡区面积比例呈上升趋势,而水源涵养和土壤保持服务的协同区面积比例呈上升趋势,固碳与其他服务在大部分区域表现为不相关关系。     

永定河上游流域水生态系统服务价值评估

张家口市是首都的水源涵养区和生态功能支撑区,流经该区域的永定河上游流域发挥着保育水资源的重要作用。为全面认识永定河上游流域水资源生态价值,对流域水生态各项服务功能开展定量评价。以2017年为基准年,综合采用InVEST模型与市场价值法系统评估研究区的水源供给量,以空间和货币的手段直观地表达该地区的水源供给情况;对于空间数据较难获取的地区,采用当量因子法评估水土保持与生物多样性价值;采用分摊法计算水生态旅游价值。结果表明：其总价值量为55.14亿元,约占张家口市各区县平均GDP（81.87亿元）的67.35%。其中,水源供给价值、水力发电价值、水产品生产价值、休闲娱乐价值等直接使用价值为28.64亿元,土壤保持、河流输沙、生物多样性等间接使用价值为26.50亿元,水源供给、休闲娱乐和水土保持功能对研究区域水生态系统价值提升和发展具有重要作用。研究区单位面积的生态价值和经济效益分别为0.35亿元和0.23亿元,生态价值远高于经济效益。本文因地制宜的综合评价方法提升了价值评估的科学性和可靠性,对于基础数据较为缺乏的地区,有一定的参考意义。     

京津冀生态屏障区人类活动对生态安全的影响

使用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）和InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型分别模拟计算了滦河和潮河流域水源涵养、面源污染、干旱特征和生境质量等指标,在此基础上使用压力-状态-响应（PSR）模型建立了生态安全评价体系,以面源污染、生境质量和土地利用特征等人类活动对生态安全的影响作为切入点,以子流域为评价单元,评价了研究区生态安全,分析了各层指标对生态安全的影响.结果表明,2010年和2015年研究区总体生态安全状态等级均为敏感级,生态安全评分综合指数分别为0.50和0.48.研究区生态系统整体较为稳定,空间上各子流域之间生态安全状态存在较大差异.面源污染和城镇扩张等人类活动对生态安全的影响较大.林地和草地评分较低,可能与种植结构和景观格局有关.水源涵养量值增加和生境稀缺性值下降,说明加大水源涵养能力建设和降低生境稀缺性是提高生态安全的有效措施.     

水源涵养型重点生态功能区生态状况变化研究

水源涵养型重点生态功能区对于保护中国大江大河源头区及水源补给区具有重要意义。文章以生态系统状况指数为指标,通过生态系统组成与结构、生态系统生产能力、生态系统服务功能分析了2000-2010年中国水源涵养型重点生态功能区的生态状况变化态势。结果表明水源涵养型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。2000-2010年,三江源区和若尔盖区生态系统状况整体表现为好转,甘南区、祁连山区和南岭山地区生态系统状况整体表现为基本稳定大小兴安岭区、长白山区和阿尔泰山地区生态系统状况整体表现为轻度退化。大小兴安岭区退化面积占该区面积的比例最大,为42.54%;三江源区和祁连山区退化面积比例较小,分别为6.26%和6.93%。大小兴安岭区、长白山区和南岭山地区以轻度和中度退化为主,阿尔泰山地区以中度和重度退化为主,甘南区以轻度退化为主。     

黄土高原生态恢复程度及恢复潜力评估

黄土高原是世界水土流失最严重的地区之一,2000年以来黄土高原重点实施了退耕还林还草等一系列生态工程,促进了生态恢复。为全面评估黄土高原地区生态恢复现状、生态恢复程度及恢复潜力,选取生态质量和生态系统服务两大类指标,采用模型模拟计算方法,对黄土高原2000—2019年生态恢复进行综合分析和评估。结果表明:(1)生态质量有所恢复转好,植被覆盖度和植被净初级生产力呈增加趋势。比较前后十年变化,植被覆盖度持续转好的面积占比为39.90%,植被净初级生产力持续转好的面积占比为82.71%。(2)生态系统服务有所恢复提高。水源涵养服务持续转好的面积占比为15.46%,土壤保持服务先转好(稳定)后稳定(转好)的面积占比为18.88%,风蚀区防风固沙服务持续转好面积占比为6.30%;水源涵养和土壤保持服务提高区域集中在农牧交错带地区,防风固沙服务提高区域集中在沙地和沙漠区。(3)综合生态恢复程度高的地区占全区面积的11.08%,主要分布在黄土丘陵沟壑区,仅少数无恢复地区占全区面积的3.51%,集中分布于沙地和沙漠区西北部地区。(4)植被覆盖恢复潜力高值区主要位于黄土塬沟壑区西部,低值区主要位于黄土丘...     

京津冀生态屏障区景观格局变化及其对水源涵养的影响

选择京津冀重要水源涵养区--滦河,潮河和白河流域,通过分析2010与2015年土地利用的变化及景观格局演变,研究该研究区的土地利用转移与景观格局特征的时空分布与变化特点;运用SWAT水文模型模拟分析该时段内研究区的水源涵养量分布与变化;并和降水分布特征进行对比分析.利用偏相关分析法,重点分析了景观格局的变化对水源涵养量的影响.结果表明水源涵养量与PLAND指数相关性为-0.846;与NP指数相关性为-0.635;与LPI指数相关性为0.468;与LSI指数相关性为0.523;与COHESION指数显著相关,相关性为0.918.景观格局和水源涵养量存在以下关系：①景观多样性越高,聚集程度越高,景观形状越复杂,越趋向不规则且优势度越高,越有利于水源涵养;②景观的破碎化程度越高,水源涵养量越低.     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征研究

以疏勒河流域中游绿洲为研究区,借助统计分析法、RS和GIS技术方法,选择1970、1980、1990、2000和2013年疏勒河中游绿洲Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,分析得出各种生态系统覆盖状况.根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了不同时段不同区域流域中游绿洲生态环境需水量,探讨了疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征,从而为区域水资源合理配置和生态环境协调发展提供参考依据.通过计算得出了疏勒河中游绿洲1970、1980、1990、2000和2013年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量,同时得出总生态环境需水量分别为17.94×108、7.51×108、6.92×108、6.63×108、5.52×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量呈现逐渐减少趋势,减少了12.42×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量空间变化特征呈现瓜州敦煌玉门,同时各区域生态环境需水量均呈现减少趋势.     

基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

基于地形位置指数的赤水河流域植被时空变化研究

地形因子和植被覆盖是区域灾害评价的关键指标,也是山区型村镇建设生态安全评估的重要内容.为探析山区型村镇建设的生态约束条件,以赤水河流域为研究对象,基于1998—2018年SPOT_VGT NDVI数据,利用地形位置指数（Topographic Position Index,TPI）和坡度位置指数方法,研究了赤水河流域植被生长季NDVI时空变化及地形分异特征.结果表明:①赤水河流域内,1998—2018年植被生长季平均NDVI呈缓慢上升趋势,斜率为0.004 7;NDVI>0.60的集中连片区域主要分布在古蔺县北部、赤水市大部和习水县西北部,占赤水河流域总面积的8.42%;Sen's slope在0.009~0.015区间时,赤水河流域植被生长增强趋势最明显,主要集中分布在赤水河中上游、二道河以及下游的大同河干流地区.②TPI在-39.4~34.3区间的面积最多,为6 221.63 km2,占赤水河流域总面积的34.05%;将赤水河流域坡度类型划分为山脊、上坡、中坡、平坡、下坡、山谷6个坡度位置类型,其中,中坡面积（7 792.02 km2）最大,占流域总面积的42.64%,表明TPI数值较小且坡度大于5°的区域是赤水河流域地形主体.③赤水河流域植被在山脊的平均NDVI最高,为0.747,且山脊平均Sen's slope最高,为0.007 2;山谷平均NDVI最低,为0.709.研究显示,赤水河流域植被分布在118.5~486.9的TPI区间或分布在山脊处时整体生长较好,且生长增强趋势最明显.      

基于生态供受体理论的全国水土保持重要区识别

科学评估土壤保持功能是生态保护红线划定的基础.依据生态供受体理论,针对土壤保持服务对应的水土流失这一生态问题,从水土流失的供体（水土流失量）、受体（人口密度）、辐射传输（距离水体距离）三个方面构建模型,分析土壤保持功能的重要性.结果表明全国潜在侵蚀量577.34×10¹⁰t/a,潜在土壤侵蚀随着坡度和降水量的增加而增加.土壤保持功能极重要区面积98.98×10⁴km²,主要分布在西南地区的无量山和哀牢山,黄土高原东部,东南地区的浙闽丘陵,东部地区的鲁中山区、鲁东半岛,以及辽东半岛.西南地区山高、谷深、坡陡、流急、地形稳定性差等因素造成水土流失严重,维持该地区的水土保持功能极为重要;西北地区的黄土高原土质疏松且多暴雨导致水土流失比较严重,维持该地区土壤保持功能非常重要.对比常用的生态保护功能模型,供受体理论模型除考虑自然影响因素之外,突出了人类活动的因素,对评估生态保护功能与水土保持生态风险更客观.依据供受体理论构建的土壤保持模型适用于土壤保持功能和土壤潜在侵蚀风险的评估,可作为评估生态系统安全和划定生态保护红线的重要依据.     

基于生态供受体理论的全国水土保持重要区识别

科学评估土壤保持功能是生态保护红线划定的基础.依据生态供受体理论,针对土壤保持服务对应的水土流失这一生态问题,从水土流失的供体（水土流失量）、受体（人口密度）、辐射传输（距离水体距离）三个方面构建模型,分析土壤保持功能的重要性.结果表明全国潜在侵蚀量577.34×10¹⁰t/a,潜在土壤侵蚀随着坡度和降水量的增加而增加.土壤保持功能极重要区面积98.98×10⁴km²,主要分布在西南地区的无量山和哀牢山,黄土高原东部,东南地区的浙闽丘陵,东部地区的鲁中山区、鲁东半岛,以及辽东半岛.西南地区山高、谷深、坡陡、流急、地形稳定性差等因素造成水土流失严重,维持该地区的水土保持功能极为重要;西北地区的黄土高原土质疏松且多暴雨导致水土流失比较严重,维持该地区土壤保持功能非常重要.对比常用的生态保护功能模型,供受体理论模型除考虑自然影响因素之外,突出了人类活动的因素,对评估生态保护功能与水土保持生态风险更客观.依据供受体理论构建的土壤保持模型适用于土壤保持功能和土壤潜在侵蚀风险的评估,可作为评估生态系统安全和划定生态保护红线的重要依据.     

开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的定量分析

开都河是注入博斯腾湖的最大河流,1958～2002年间平均入湖水量达23.62×10⁸m³,占博斯腾湖总补给量的80%以上。1958年以来开都河灌区灌溉引水量维持在8.17×10⁸m³～13.18×10⁸m³之间,其中20世纪60年代灌溉引水量平均为10.14×10⁸m³/a,占开都河径流量的31.1%;70年代引水量上升到12.15×10⁸m³/a,为开都河径流量的36.5%;80年代引水量下降到11.29×10⁸m³/a,但引水量仍占开都河径流量的36.5%;90年代灌溉引水量进一步降至9.85×10⁸m³/a,仅占径流量的27.1%。通过水量平衡分析和相关回归计算,得出开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积影响的数值:20世纪60年代平均值为62.4km²;70年代平均值为80.8km²;80年代、90年代分别为90.4km²、76.7km²,2000年以来平均仅为41.3km²。由此可见,45年来开都河灌区灌溉引水对博斯腾湖面积的影响经历了弱→强→弱的变化过程。     

丹江口水库典型入库支流氮磷动态特征研究

重污染的神定河(接收城市污染)、中污染的大柏河(接收城镇污染)以及轻污染的五龙池(接收轻微农业面源污染)是丹江口水库3条典型入库支流.在2010年4月～2011年4月对这3条入库支流及其河口水质监测的基础上,分析了水中氮、磷的动态变化特征,并利用综合营养状态指数法对其营养状态进行评价.结果表明,神定河的TN、TP全年浓度均值分别为11.63 mg.L-1、0.93 mg.L-1,与五龙池(TN为4.41 mg.L-1,TP为0.076 mg.L-1)相比分别超过3倍和12倍;大柏河的TN、TP全年浓度均值分别为4.79 mg.L-1、0.15 mg.L-1,略高于五龙池中TN、TP浓度均值.3条支流及其河口中营养盐的时间差异为TN浓度在丰水期低于枯水期,而多数支流中TP浓度在枯水期低于丰水期.神定河中NH4+-N占TN的质量分数高达69%,其它支流及河口中NH4+-N占TN的质量分数均低于20%.NO3--N浓度变化范围为1.3～2.7 mg.L-1,SRP占TP的质量分数为30%～45%.神定河及其河口氮、磷营养元素比例关系研究表明神定河总体处于氮限制状态,河口总体处于磷限制状态.综合营养状态指数评价显示3条典型污染入库支流及其河口都处于富营养化状态,轻污染的五龙池的入库河口(东库湾)处于轻度富营养化状态.     

北方干旱化和土地利用变化对泾河流域径流的影响

论文以在黄土高原上发育,流经中国北方干旱、半干旱地区的黄河二级支流--泾河为研究对象,基于20世纪八九十年代的土地利用影像资料,以及泾河流域1970~2002年的气候、水文资料,采用美国农业部开发的分布式流域水文模型SWAT,分析了20世纪80~90年代泾河流域的降雨量和径流量的变化。从80到90年代,流域年降雨量呈逐年递减趋势,80年代多年平均月降雨量明显大于90年代多年平均月降雨量,尤其在7~9月,平均降雨量明显减少。受气候干旱化和土地利用/覆被变化的共同作用,80~90年代,流域多年平均年径流减少了8.92m³s^-1。为了区分气候变化和土地利用变化对流域径流的影响,采取分别固定气候因子与土地利用/覆被变化因子的方法,将模拟情景输入模型,定量区分气候和土地利用/覆被变化对流域径流的影响方式和程度。结果表明,气候干旱化趋势使流域多年平均年径流减少28.08m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的314.80%;土地利用/覆被变化使流域多年平均年径流增加26.57m³s^-1,为气候、土地利用/覆被变化共同影响径流变化量的297.87%。