基于GIS的北京市生态脆弱性评价

城市化背景下"社会-自然"耦合生态系统的生态脆弱性评价成为当今研究热点。以GIS为平台,使用SPOT5和Landsat 8 OLI遥感数据等多元数据,运用"敏感、弹性和压力"生态脆弱性评估框架模型,结合空间主成分分析法,计算北京市生态脆弱度(EVI)、生态敏感度(ESI)、生态弹性度(EEI)和生态压力度(EPI),进行生态脆弱性评价。结果表明:(1)北京市生态脆弱性整体程度呈中等水平,但城镇区域生态脆弱性偏高(极高和高度脆弱区面积占北京市总面积的34%),山地林区生态脆弱性较低(一般脆弱区占研究区总面积的11%)。(2)生态脆弱性的敏感度、弹性度和压力度的权重系数分别为0. 196、0. 526和0. 278,平原地区植被覆盖度低和城镇建设用地比例过高是北京市生态脆弱性的主要影响因子。(3) EVI、ESI、EEI和EPI与土地利用方式均呈显著相关,其中EVI与建设用地相关性最大,Pearson相关系数为0. 80。(4)建议北京市生态保护和恢复工作应针对不同区域的脆弱性特征采取相应措施,进行优化实施。     

基于栖息地指标法的生态流量研究

以大渡河流域为例，根据指示鱼类对栖息地的环境要求，构建包含水深、水面宽、流速、湿周和过水面积5个参数的栖息地评价体系，选择大渡河上游具有代表性的河段，建立流量与各指标之间的关系式，确定指示鱼类不同阶段的最低流量适宜值，得到满足各栖息地指标要求的最小生态流量。计算得出，足木足河的非避冬期最小生态流量为183～785 m3/s，避冬期为66 m3/s；大金川的非避冬期最小生态流量为266～865 m3/s，避冬期为266 m3/s；梭磨河的全年最小生态流量为283 m3/s；绰斯甲河的非避冬期最小生态流量为319～382 m3/s，避冬期为319 m3/s。区域最小生态流量的确定，可为研究区鱼类的保护提供参考，进而为维系地区生态平衡，协调生态环境与社会发展提供保障     

降水空间异质性对非点源关键源区识别面积变化的影响

针对地形起伏和降水空间差异较大的农业区非点源污染问题,基于SWAT模型评估了阿什河流域在异质性降水和均匀降水两种情景下总氮、总磷关键源区空间变化规律,统计了两种情景下识别的关键源区面积变化,并分析其与降水特征参数的关系.结果表明,降水量一定时,两种情景下识别的总氮、总磷关键源区面积变化趋势大致相同,且总磷关键源区面积不易受降水空间异质性的影响,但总氮关键源区面积却明显受到其影响.对各年份总氮和总磷关键源区面积与降水特征参数的相关分析表明,总磷关键源区面积与当年降水量呈显著正相关,而总氮关键源区面积却与前一年降水量呈显著正相关.研究结果对进一步探讨降水这一重要驱动因子的不确定性对非点源污染关键源区的影响,以及农业非点源污染的治理具有重要意义.     

近三十年中国非点源污染研究现状与未来发展方向探讨

非点源污染是我国面临的重要环境问题之一,其影响范围广,污染不易控制,因此受到研究者和管理者越来越多的关注.中国非点源污染研究呈起步晚、速度快、范围广的发展特点,近十年来相关论文发表已达到一定数量,但是现有研究多是针对非点源污染体系中某些方面进行探究,缺少从全国尺度和长时间序列角度对我国非点源污染研究现状的梳理和总结.本文从全球主要文献库中检索了1988—2018年我国非点源污染的相关文章,挑选出1354篇文章进行统计分析,对于年发文数量、研究区所属省份、研究区所属流域、研究对象和研究方法分别进行统计展示.对我国近三十年非点源污染研究现状与存在问题进行总结,其中农业非点源污染需要继续深入探究其机理,城市非点源污染研究深度不足,研究地区有较大差异,研究方法存在复杂性与实用性的矛盾.未来中国非点源污染研究仍会以农业和农村非点源为主要研究对象;城市非点源将得到进一步发展;非点源污染物的防治与利用将成为重要的研究目标和研究方向;在国家实施的长江大保护战略及黄河生态保护高质量发展战略中,非点源污染也是关键研究问题;全球变化对非点源污染的影响也将是未来研究不可忽视的问题.本文对近三十年中国非点源污染研究规律进行了总结,探究发展变化原因,并提出未来发展方向,为污染源控制以及污染管理提供科学建议和决策支持.     

人工智能技术对长江流域水污染治理的思考

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加速,促使水污染严重的长江流域需从污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制、水污染监测系统的构建开展水污染治理研究.传统的水污染处理技术存在污染物去除效率预测精度较低、污水优化控制成本较高、水污染监测滞后效应严重的问题.人工智能技术能够有效克服上述问题,因此通过梳理国内外学者利用人工智能技术在污水污染物去除过程的建模与优化、污水处理过程的优化控制及水污染监测系统的构建等方面的研究成果,为全面加强长江流域水污染治理能力提供科学可靠的技术指导.结果表明:①利用人工神经网络技术（径向基神经网络、多层前馈网络-人工神经网络、多层感知器神经网络）对污水污染物去除过程进行建模与优化,为精确预测长江流域重金属（Cr、Cu）、营养盐（TN、TP）、持久性有机污染物〔PBDEs（多溴二苯醚）、HCH（六氯环己烷）〕的去除率提供重要参考价值.②采用污水处理的自动控制技术与人工智能技术（递归神经网络、支持向量机、模糊神经网络等）构建污水智能控制系统,为长江流域实现高效节能的污水优化控制提供重要的技术指导.③利用在线监测仪器和人工智能技术（小波神经网络、多元线性回归-人工神经网络、叠层去噪自动编码器等）建立水污染智能监测系统,为解决长江流域水污染监测响应滞后问题提供有力的技术支持.因此,人工智能技术对长江流域提高污水污染物去除率,降低污水优化控制成本,提升水污染监测时效性具有重要的推广价值.      

长江经济带二氧化碳净排放时空演变特征及脱钩效应

研究区域CO₂净排放,对“碳中和”战略的实现具有重要意义.以长江经济带为例,在揭示1999～2018年长江经济带CO₂净排放时空演变特征的基础上,分析长江经济带不同区域社会发展与CO₂净排放的脱钩效应,以期为差异化区域产业发展和碳减排路径提供支持.结果表明：(1)1999～2012年长江经济带CO₂排放量上升了2 244.23×10⁶ t,碳汇量在研究时间段增长了148.07×10⁶ t;(2)长江经济带呈现“变绿”趋势,2013～2018年中高碳汇量区域(NPP>800 g·m^-2,以C计)面积较1999～2012年上升了23.25%;(3)长江经济带下游经济社会发展与CO₂净排放脱钩效应较强,上、中和下游强脱钩城市占长江经济带强脱钩城市的比例分别为12%、34%和54%.     

北京市北运河水系底栖动物群落与水环境驱动因子的关系及水生态健康评价

底栖动物可反映多种生态威胁对水环境的积累效应,与河流水生态系统健康状态密切相关.本研究以北京市典型流域北运河流域为例,基于2015年夏季野外采样调查34个站点水生态数据,对底栖动物群落特征进行分析,采用典型对应分析筛选得到水质驱动因子,利用临界点指示类群分析方法探究关键影响因子的指示物种及其阈值,并基于底栖动物完整性指数和综合指数法对水生态系统健康状况进行评价.结果表明,底栖动物群落以耐污的水生昆虫和软体动物为主,多样性水平较低,位于0～1.01之间;氟化物、生化需氧量、氨氮和总磷为底栖动物群落的关键水质影响因子;氨氮有4种正响应指示物种,其阈值范围为1.09～6.94 mg·L^-1,总磷有3种正响应指示物种,其阈值范围为0.48～1.27 mg·L^-1;健康评价结果表明全流域水生态健康评价结果总体较差,中上游健康状况相对较好,健康状况最好地区主要位于昌平区山区,健康状况最差地区主要位于朝阳区及中心城区.本研究结果可为河流生态修复和污染物控制提供依据,同时也为其他城市水生态文明建设提供参考.     

基于湖泊与出入湖水质关联性研究:以鄱阳湖为例

基于1996～2016年鄱阳湖及出入湖水质数据,解析了鄱阳湖与出入湖河流水质间关联及影响因素.结果表明TN和TP是引起鄱阳湖水质下降的主要因子,其中,1996～2003年,鄱阳湖及出入湖水质总体较好,但呈下降趋势,主要受流域污染负荷增加影响; 2004～2011年,水质继续下降,"五河"水质下降明显,并引起鄱阳湖水质下降;由于鄱阳湖较强的水质净化能力,其出湖水质相对较好,该阶段水质下降受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响; 2012～2016年,水质进一步下降,入湖河流水质快速下降及来水量减少,使鄱阳湖水质净化能力降低,进而导致出湖水质也有所下降,该阶段鄱阳湖水质下降仍受流域污染负荷增加与水文条件变化共同影响.由此可见,入湖河流与鄱阳湖水质关联密切,南部和东部湖区TN浓度明显高于西部湖区,主要与赣江和信江TN负荷输入有关;南部湖区TP浓度明显高于东部和西部湖区,主要与赣江和抚河TP负荷较高有关.相对于水文条件变化,流域污染增加对湖泊水污染贡献更明显.     

基于SWAT模型定量分析自然因素与人为因素对水文系统的影响——以漳卫南运河流域为例

"干旱"是由大尺度的气候变化所引起的水分亏缺现象,"水资源短缺"则是因人类长期对水资源不可持续利用引起的水资源亏缺现象。前者无法被水资源管理系统规避,后者则受水资源管理方针政策的影响。然而,通常一个地区由干旱与水资源短缺引起的水分亏缺经常同时发生而且难以区分。因此,论文提出了一种可以定量区分自然因素(干旱)和人为因素(水资源短缺)对水文系统影响的框架,并以漳卫南运河流域为研究对象,利用SWAT模型模拟结果(无人为影响情景下)和观测数据(自然因素和人为因素共同作用结果),对研究区1976—1995年的日径流量序列进行了初步对比和差异性分析。结果表明:1)经率定和验证的SWAT模型能够有效模拟漳卫南运河流域的径流过程;2)无论是丰水年还是枯水年,水资源短缺现象均导致了夏季径流洪峰时期的消失;3)人为因素是引起漳卫南运河流域水文系统发生变化的主要原因,并且人为因素影响造成的径流损失量是自然因素造成径流损失量的4倍。论文提出的框架可以定量化分析自然因素和人为因素对水文系统的相对影响,有助于水资源管理者制定适应干旱与水资源短缺状况的管理政策。     

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.