基于GIS的高原湖泊流域生态安全格局构建及优化研究——以星云湖流域为例

以星云湖流域自然人文环境特征、主要生态环境问题为出发点,结合景观生态学原理方法、熵值法和GIS空间分析技术,实现星云湖流域生态安全的空间分异格局及优化。选取海拔高程、坡度、土壤侵蚀强度、地质灾害易发性、土地覆被(利用方式和植被覆盖度)、人口密度、距自然保护区距离、距离建设用地和距水源距离等因素为阻力因子叠加生成综合阻力要素,根据GIS空间成本距离分析原理,引用最小累积阻力模型识别构建流域生态廊道和生态节点,进一步规划优化流域生态功能网络的结构和功能。研究表明:(1)从各安全等级面积比例和平均生态安全指数角度,星云湖流域中度安全占流域总面积的45.81%,高度安全为25.24%,较低安全为21.05%,不安全占7.9%,平均生态安全指数为2.95,流域生态安全总体处于中度安全,生态系统健康一般,但部分地区生态安全性较低,主要分布在南部、东部和北部地区,应重视这些区域的生态保护和建设;同时,坡度、水土流失因子和水资源(自然环境要素)、土地利用格局和距离建设用地(人类活动干扰要素)等因素是流域生态安全格局形成的主要因子;(2)识别规划了中枢生态源、核心型生态源斑块、一般生态源、多种级别的生态廊道和生态节点或战略点等构成的具有结构性和层次性的流域生态安全网络格局,对不同层次和结构的生态源、生态廊道和生态节点或战略点进行针对性建设保护,将有效提升流域生态系统的功能价值性和系统的完整性,进而加强流域生态稳定安全。     

基于生态适宜性的昆明城市空间增长边界研究

城市空间增长是城市发展中的重要研究内容,基于生态适宜性评价的刚性增长研究还未得到充分的关注。研究结合昆明高原山地生态环境的脆弱性和独特性特点,选取地形、地质、河湖水库、历史文化遗产保护区、自然保护区、土地覆被等指标,运用层次分析法进行土地生态适宜性评价,研究划定昆明城市空间刚性增长边界范围面积为782.45 km~2。研究表明:(1)对比刚性UGB范围和昆明城市总体规划的中心城区空间管制范围(852.93 km~2)发现,城市总体规划应制定更为严格的生态环境保护措施,尤其是滇池沿岸的水资源环境保护;(2)现状建设用地超出刚性UGB的总面积为27.74 km~2,占总体建设用地面积的6.49%,主城区发展空间受限,未来建设用地最大增长余量为355.21 km~2,主要集中在呈贡新区和空港新区。需要从区域的角度进行宏观调控,进一步降低资源、产业、人口在主城集聚的程度;尤其是结合滇池流域水资源供给现状合理制定人口规模和产业规划等内容。提出规划建议:(1)加强生态管控和土地利用结构整合。在滇池沿岸及面山生态敏感区周边建立生态保护缓冲区(带),保护生态脆弱区的生态安全;(2)严格控制城市建设用地开发时序,分期完成城市内部更新及新区建设;(3)分阶段将超出刚性UGB范围的建设用地进行退让转移,保证生态安全本底边界和城市周边生态环境的完整性。     

基于景观格局演变的流域生态风险评价与管控——以贵州赤水河流域为例

以岩溶地区典型流域——赤水河流域为研究对象,以2000、2005、2008、2013年4期遥感数据为基础,结合Arc Map的空间分析功能,对流域景观格局演变过程进行分析,构建流域生态风险评价体系与管控措施。研究表明:2000~2013年赤水河流域无风险区、潜在风险区、轻度风险区分别由1.66、2.95、75.41 km~2上升至5.63、21.81、115.45 km~2,而中度、重度风险区却分别下降了35.6和40.27 km~2;历年生态风险演变格局为以城乡建设用地为中心,生态风险由轻度、中度、重度向潜在或无风险区过渡,轻度、中度、重度主要以点状扩散或增加,潜在及无风险区则连片分布于农田区和山地丘陵区;基于不同生态风险区的风险源管控对策,对建立流域生态风险预警机制、降低流域生态环境风险、维护流域生态服务功能具有十分重要的意义。     

江苏省国土空间生态保护修复区的识别划定

国土空间生态保护修复规划是国土空间规划体系中的重要专项规划，其中保护修复区识别和划定是该项规划编制的关键内容。针对当前省域尺度国土空间生态保护与修复研究开展较少的状况，以江苏省为研究区，通过构建多级指标体系对全省生态重要区域和敏感区域及其等级层次进行了评价识别，然后整合二者成果，对江苏省各类各级生态保护修复区进行了划定。结果表明：(1)江苏省国土空间生态保护修复区可划分为生态保护重点区、生态修复关键区和生态修复一般区，面积分别为17 548、4 688、16 981 km²,比例16.17%、4.32%、15.65%。(2)生态保护重点区主要包括太湖、洪泽湖等湖泊地区、长江过境段下游以及东部沿海湿地等，生态修复关键区主要分布在苏南的太湖流域、长江沿岸以及苏北的沂沭泗流域，生态修复一般区则主要集中在沂沭泗流域北部、苏中的淮河-里下河流域、长江过境段上游沿岸和东部沿海地区，其余大多在苏北地区零散分布。(3)生态保护重点区主要由水域、湿地构成，生态修复关键区和一般区则分别以城市周边地区和农业生产用地为主。     

四湖流域景观生态建设研究

江汉平原四湖流域生态环境问题严重,主要表现在洪涝灾害、水体污染和血吸虫病等三个方面,需要进行景观生态建设和综合治理。主要措施包括:退田还湖恢复湿地,扩大湖泊湿地面积;湖泊河流生态修复与生态建设;江湖连通与引江济湖工程;保护湿地生物多样性等。     

鄱阳湖流域基本特征、面临挑战和关键科学问题

鄱阳湖流域总面积占长江流域面积的9%，占江西省国土面积的939%，鄱阳湖流域的生态健康维系着流域内，特别是长江中下游的生态安全，是区域经济、社会、生态可持续发展的重要保障。在全面认识鄱阳湖流域基本特征和面临挑战的基础上，探讨了鄱阳湖流域面临的五大科学问题：“山 江 湖”的相互关系与流域的生态健康；全球变化背景下流域生态系统的响应；流域生物多样性地理格局与社会经济合理分区；长江流域环境演变对鄱阳湖流域的影响；流域科学管理的理论与实践。为鄱阳湖生态经济区的建设和全流域的综合管理提供科学的建议和对策     

实施环境-水文-生态-经济协同管理战略,保护和修复长江湖泊群生态环境

长江中下游浅水湖泊群具有十分重要的生态服务功能。然而,该湖群正面临江湖阻隔和富营养化等严重威胁。近年来,湖泊生态环境的保护和修复越来越受到重视,但治理效果不甚明显。其根本原因是:对由流域诸多胁迫导致的湖泊问题缺乏系统全面的认识,导致头痛医头、脚痛医脚。为此,本文提出应对长江湖群实施环境-水文-生态-经济协同管理战略,即在湖泊及其流域实施环境工程以控制入湖污染,实施生态水文工程以恢复自然水文体制,实施生态修复工程以增强生物自净能力,制定水环境经济制度以建立湖泊保护修复的激励和约束机制,构建生态健康评价体系以实施适应性管理,前提是责任主体明确。     

东江流域跨省生态补偿模式构建

流域上下游之间的生态补偿已成为我国解决区域之间社会经济失衡、保护流域水资源安全问题的重要手段。选取珠江三角洲城市群重要饮用水源地——东江流域作为研究对象,在回顾分析以往生态补偿标准的基础上,创新性构建基于生态保护效益与水质水量耦合的生态补偿标准核算模型。以水源涵养功能作为补偿基数,以水量分摊系数和水质修正系数予以调整,对东江流域生态补偿标准进行核算。结合计算成果,探讨生态补偿机制的完善策略,对东江流域生态环境保护有着重要的现实意义。     

基于演化博弈的流域生态补偿利益冲突分析

资源合理利用与环境保护是维护当今经济平稳、健康、较快发展的重要前提。生态补偿是缓解经济快速发展与环境污染、生态环境破坏之间利益矛盾冲突的重要手段。它是为了制止生态破坏而征收或补偿的费用,所以不同于一般排污费和资源补偿费。本文根据补偿的类型不同,将生态补偿分为资源型生态补偿和环境型生态补偿。本文以流域生态补偿为例,将流域上游政府的策略简化为保护或不保护河流,下游政府针对上游的情况,选择"自主型"或"接受型",运用演化博弈的方法,分析流域生态补偿的特点和结果。结果表明:流域生态补偿需要中央政府的适度干预,而且关键点是保证上游地方政府收益始终最大化;中央政府干预的程度是使上游政府群的收益在保护的情况下比不保护的收益要大,而干预的结果则是使流域上下游的(保护,补偿)策略成为演化博弈的长期稳定均衡。最后本文针对我国现行流域管理体制,为我国流域生态补偿提供了政策建议,以推广我国生态补偿政策。     

2000~2010年汉江流域湿地动态变化及其空间趋向性

基于面向对象分类方法建立汉江流域2000年、2005年和2010年湿地景观数据库。运用湿地景观动态变化指数、强度指数及多度指数等方法分析近10a来汉江流域湿地景观变化的时空分异特征及空间趋向性。结果表明：2000年以来，汉江流域湖泊、河流、水田湿地面积大幅度减少，其中前5a（2000~2005年）湿地变化强度明显高于后5a（2005~2010年）。空间趋向性以湿地景观内部转变和湿地向其他用地转移为主要特征，内部转变以水田与水库坑塘间的转变为主，在空间上呈现3种趋向特征：湖泊周围[0-12]km两者之间转化强度随距离拉大而增大；河流周围两者转变趋势明显，在[4-6] km变化尤为突出；交通用地附近[0-4] km水田与水库坑塘间转变强度高。水田、湖泊和水库坑塘湿地向建设用地的转变是引起区域湿地面积萎缩的重要原因，10a间湿地向建设用地转变总量约为470.43 km²，占湿地变化总量的22.55%。     

基于景观格局的喀斯特山区流域生态风险评估——以贵州省乌江流域为例

以小流域为采样单元开展流域景观生态风险评估,对建立流域景观生态风险预警机制、改善流域生态环境、构建生态安全格局具有重要意义。以2000～2015年土地利用数据为基础,基于景观格局法构建景观生态风险评估模型对贵州省乌江流域景观生态风险及时空特征进行评估与分析。结果表明:(1)15年来,乌江流域景观格局变化显著,其中林地面积增加了2.85%,湿地增加了0.13%,耕地减少了4.52%,其它用地增加了0.02%;(2)乌江流域2000、2005、2010、2015年的景观生态风险度块金值与基台值的比值分别为11.81%、12.05%、13.29%、14.04%,变程分别为10.9、22.8、10.7、12.8 km;(3)15年来,不同景观生态风险等级在面积上表现出不同变化趋势,其中高、极高风险区面积分别增加了8.46%、5.57%,弱、低风险区面积分别减少了6.28%、7.28%。由此可见,由于频繁的人类活动强烈干扰使得流域内景观生态风险整体呈现上升趋势。     

湖泊流域水文学研究现状与挑战

湖泊蕴含丰富的淡水资源,是区域发展的重要支撑.气候变化和人类活动加剧全球水资源时空分布差异,伴随越发频繁的湖泊洪水和干旱问题,影响区域经济社会用水安全和湖泊生态系统健康.湖泊流域是一个相对独立完整的地理单元,具有明确的水文边界,因此,一直以来是水文研究的理想区域.针对21世纪以来湖泊流域新呈现的水文问题,基于文献调研,结合长江中游鄱阳湖流域案例,重点就流域水文极值与湖泊洪旱、湖泊水文对流域植被变化的响应、湖泊流域系统水文水动力集成模拟、湖泊流域水平衡演变及未来变化趋势预测等若干水文问题的研究现状和问题进行阐述,提出未来拟着重研究的若干主题.研究可望丰富流域水文学和湖泊水文学内容,对相关学科未来发展提供参考.     

基于最小累积阻力模型的贵阳市景观生态安全格局构建

贵阳市是我国典型的喀斯特地区,水土流失严重,生态环境脆弱。在生态重要性、景观连通性和生态需求分析的基础上进行生态源地识别,根据土地覆被状况、人为干扰程度和夜间灯光数据构建了生态阻力面,基于最小累积阻力模型识别生态廊道网络,在此基础上构建了贵阳市域和市区的景观生态安全格局。结果表明:(1)贵阳市最重要和重要生态斑块总面积5 393.43 km2,主要分布在西部和北部;生态用地斑块的景观连通度总体较高,其中园地最好,林地最差;生态需求较高的区域主要分布在人口密集的城市建成区周边。生态源地占总面积的18.56%,集中分布于北部及西南部红枫湖、百花湖等区域;(2)贵阳市生态廊道总长为933.58 km,其中关键廊道长287.6 km,沿东北向西南方向延伸。现状廊道遍布市域,主要为河流水系;潜在廊道和关键廊道98%都为林地,主要分布于北部和西部生态环境较好的山地丘陵区;(3)市区景观生态安全格局中,生态源地主要集中在百花湖、红枫湖、香纸沟、相思河等风景区,花溪湿地和南明河作为市区关键廊道纵贯南北。最后,在此基础上提出了"保护和建设并重、区县间统一规划的"生态系统管理对策,为贵阳市生态环境建设提供切实可行的科学指导。     

滇池流域生态承载力及系统耦合效应剖析

利用ENVI4.8和Arcgis9.3软件对2001~2010年的遥感影像数据进行处理和分析,计算得出各年份的生态承载力。结合相关年份的社会经济数据,同时根据滇池流域的实际情况提取18个分析指标,运用相关分析和回归分析方法,对滇池流域生态承载力以及其与生态环境系统、资源环境系统、社会经济系统3个子系统要素的耦合关系进行分析。结果表明:(1)2001~2010年滇池流域的总生态承载力和人均生态承载力呈快速下降趋势,降幅达37.3%;耕地生态承载力呈下降趋势最明显,下降幅度达52.61%,但建设用地的生态承载力上升幅度达27.08%。(2)滇池流域生态承载力与三大系统要素相关性较好,其耦合形态呈"J"、"L"型、"U"型和倒置的"S"型等。(3)对耦合形态的形成机理进行分析,其结果表明:城镇化、社会经济的发展以及流域内粗放型的经济增长方式对形成这种耦合形态的影响较大。     

山水资源型城镇的生态安全格局构建研究 ——以武汉市黄陂区为例

黄陂区是武汉市最大的山水资源型城镇，构建其生态安全格局是武汉市可持续发展的重要保障。以黄陂区2018年土地利用变更调查数据、DEM高程图为主要数据来源，将生态敏感程度高的林地、水域及湿地作为源地，通过最小累积阻力模型，识别生态廊道和节点，划分生态功能区，构建并优化黄陂区生态安全格局。结果表明：（1）研究区内识别生态源地169.55 km2，占全区总面积的7.5%，呈现“两极分布、相对独立、连通性较弱”的空间分布特征；（2）提取生态廊道共132条，生态节点83个，从空间分布上看，廊道集中于北部山地和南部水域，在城镇建设用地和大面积耕地地段最难连接;（3）根据计算结果将研究区划分为5个不同级别的生态安全水平区，自南北向中部生态安全水平大致呈由低到高的趋势，通过优化生态网络连接，对于保护区域生态安全、维护区域生态稳定、缓解区域生态压力发挥着重要的保障作用。     

基于重置成本的流域生态补偿标准研究——以小清河流域为例

流域生态补偿作为我国生态文明建设的重要组成部分,是解决我国流域水污染、流域生态与经济发展矛盾问题的有效手段。流域生态补偿机制构建和运行的关键为补偿标准的确定。文章采用综合水质标识指数(WQI)对流域水质进行评价,通过与协议水质指标的比较判断各区域的补受偿方向。随后考虑污染物不同浓度处理时的难易程度,以全国76家典型污水处理厂的直接处理成本数据为样本,构建了基于重置成本的差异化生态补偿标准模型,并以小清河流域为例对各区域的补偿金额进行测算。结果表明:(1)污染物的去除难度随其浓度的降低而不断增加,在恢复至同一标准的前提下,单位COD和氨氮的处理成本分别与其进水浓度呈幂函数关系;(2)以COD和氨氮为评价指标,2016年小清河流域整体水生态环境质量较差,5个交界断面的水质均为Ⅴ类水质标准,负外部性明显,都需要对各自的下游进行补偿。其中上游济南段综合水质标识指数为5.822,污染最为严重;(3)综合流域各区域的保护和污染贡献,将上游的补偿额与支付给下游补偿额相加抵消后,2016年小清河流域各区域的最终补受偿数额分别为:济南需支付1 128.22万元,滨州邹平需支付2 784.48万元,淄博需支付1 703.68万元,滨州博兴需支付1 744.05万元,东营需支付149.77万元。补偿结果反映了小清河流域水质的真实状况,体现了补偿标准的差异性,为流域生态补偿标准的计量提供了新的思路。基于重置成本的补偿金额可作为补偿标准的下限,实际应用时,可适当增加数额,进一步激发流域居民进行生态保护的积极性。     

太湖洑东流域陆地侵蚀与入湖物质通量的定量关系研究

在太湖流域选择了一个典型的半封闭洑东小流域，通过对该流域及入湖口区域沉积物的元素和同位素地球化学研究，建立了反映流域陆地侵蚀与入湖物质输入量之间的定量关系模型。研究结果表明:近40 a来洑东流域的入湖物质通量约为6074 t/a，与实际监测结果一致。根据流域土地利用类型和土壤侵蚀速率的分布，估算出流域土壤侵蚀总量为25670 t/a，说明侵蚀总量的237%进入湖泊，其余在河道或土地内部沉积下来。近40 a来太湖宜溧河湖交界区入湖物质通量〖WTBX〗（Q）与流域土壤侵蚀速率（E）和流域面积（A）的数学关系为：E=422Q/A。〖WTBZ〗结合湖泊沉积物来源分析结果，计算出流域内不同土地利用类型的平均土壤侵蚀速率，林地、茶园和水田的土壤侵蚀速率分别为1266、58355和17293 t/（km2·a）。该结果与¹³⁷Cs示踪法计算结果基本一致，表明利用湖泊沉积记录可以较好地反演流域不同土地类型土壤侵蚀量及其入湖营养通量的变化。     

近三十年云南九大高原湖泊水面面积遥感变化监测

云南省九大高原湖泊对于云南省社会经济可持续发展具有极其重要的意义。利用30 m分辨率的Landsat系列遥感数据和1.5 m分辨率的SPOT6/7遥感数据分别对云南省九大高原湖泊1989,1993,2000,2007,2015年的湖面面积进行了动态监测。结果表明:云南省九大高原湖泊在1989~2015年间总体上较为稳定,湖体湖面面积共减少了约41 km~2(约4%),但各湖变化差异较大。杞麓湖和异龙湖湖面面积持续快速萎缩,至2015年异龙湖已萎缩了1989年湖体湖面面积的40%。其中异龙湖萎缩的主要原因是干旱和围湖造田,而滇池变化波动较大,原因主要在于工业发展及工程治理。通过对同期的Landsat 8OLI数据与SPOT6/7数据解译的杞麓湖和异龙湖湖面面积对比发现不同空间分辨率的解译结果有较为明显差异(2.8%和1.7%),表明在采用多源遥感数据进行湖泊面积解译时需要考虑不同空间分辨率的影响。     

巢湖流域土地景观格局变化及生态风险驱动力研究

健康的流域生态系统是区域经济社会可持续发展的重要基础。探讨流域土地景观格局变化及生态风险驱动机制有助于生态系统状况诊断与风险来源认识,为有效制定生态风险管控措施提供决策依据。应用空间信息技术平台及计量分析方法,探讨了基于县域行政单元的快速城市化阶段巢湖流域土地景观格局变化及生态风险驱动力。研究表明:(1)2000~2013年,巢湖流域土地景观类型变化表现出农地、林地、水体景观面积下降,建设用地景观面积显著增加的趋势;流域景观水平上多样性和均匀度呈下降、优势度呈上升趋势,景观空间异质性下降;(2)近15 a来,巢湖流域9个行政单元内生态风险均呈上升趋势,生态风险整体恶化,需加强对流域生态风险上升的管控;(3)生态风险驱动力分析表明,快速城市化阶段巢湖流域生态风险的主要驱动因子为第二产业值、城市化率、人口密度和固定资产投资,而人均GDP的增加在一定程度上会降低生态风险水平。     

基于生态敏感性分析的湖泊保护与利用——以湖北省斧头湖为例

为了湖泊生态系统健康及功能的可持续性，需要根据湖泊的具体情况加强对湖泊生态系统的管理，建立在湖泊生态敏感性分析基础上的生态功能分区，可为湖泊生态管理的具体措施的实施提供依据。以斧头湖为研究对象，在进行斧头湖生态环境调查基础上，选择有代表性的生态因子，利用GIS技术，采用因子叠加法，对其进行生态敏感性分析。结果表明:极高和高生态敏感区面积占斧头湖面积的32.0%，中度敏感区占斧头湖面积的57.1%，说明斧头湖生态敏感性总体上很高；同时根据生态敏感性分析结果对斧头湖保护与开发提出建议。首次将GIS矢量技术应用于湖泊生态敏感性区划，使生态敏感性因子空间叠加分析更为有效。同时，建议选取更多的因子如水生生物多样性、生物量等因素作为评价指标，可得到更全面的生态敏感性分区结果。