江苏省太湖流域水生态健康评估的初步实践及展望

阐述了水生态健康的内涵与意义,从江苏省率先在太湖流域开展水生态环境功能分区管理的顶层设计,构建以水生态健康指标为核心的水生态健康评估技术体系,地方对照水生态环境功能区划的水生态分级管控目标开展的应用与实践结果等3个方面,回顾了江苏省太湖流域水生态健康评估工作的主要进展,提出了完善水生态健康评估技术体系和推进流域水生态健康评估工作的建议。     

Safety assessment of the film boiling chemical vapor infiltration (FB-CVI) process through a system-theoretic accident model and process (STAMP)

Film boiling chemical vapor infiltration (FB-CVI) is considered as one of the fastest process methodologies for manufacturing carbon-carbon (C–C) composite products and possesses various advantages compared to conventional methodologies. However, there are safety concerns associated with this process for large-scale manufacturing, mainly owing to the intrinsic nature of the precursor and the process conditions. Considering the multifunctional interactions of the various systems during the process, a system-theoretic process analysis (STPA)/system theoretic accident model and process (STAMP) model is used to perform a safety analysis of the hazardous states of the FB-CVI process at the system level. As a case study, the FB-CVI process equipment employed for the manufacturing of C–C composites is considered. The safety constraints present in the system are assessed for adequacy through a hazard analysis by STPA/STAMP. The analysis through STPA/STAMP demonstrated the capability to create proactive strategies for the design and realization of process equipment that can be employed to manufacture C–C composite products through the FB-CVI process.     

Soil erosion and non-point source pollution impacts assessment with the aid of multi-temporal remote sensing images

Soil erosion associated with non-point source pollution is viewed as a process of land degradation in many terrestrial environments. Careful monitoring and assessment of land use variations with different temporal and spatial scales would reveal a fluctuating interface, punctuated by changes in rainfall and runoff, movement of people, perturbation from environmental disasters, and shifts in agricultural activities and cropping patterns. The use of multi-temporal remote sensing images in support of environmental modeling analysis in a geographic information system (GIS) environment leading to identification of a variety of long-term interactions between land, resources, and the built environment has been a highly promising approach in recent years. This paper started with a series of supervised land use classifications, using SPOT satellite imagery as a means, in the Kao-Ping River Basin, South Taiwan. Then, it was designed to differentiate the variations of eight land use patterns in the past decade, including orchard, farmland, sugarcane field, forest, grassland, barren, community, and water body. Final accuracy was confirmed based on interpretation of available aerial photographs and global positioning system (GPS) measurements. Finally, a numerical simulation model (General Watershed Loading Function, GWLF) was used to relate soil erosion to non-point source pollution impacts in the coupled land and river water systems. Research findings indicate that while the decadal increase in orchards poses a significant threat to water quality, the continual decrease in forested land exhibits a potential impact on water quality management. Non-point source pollution, contributing to part of the downstream water quality deterioration of the Kao-Ping River system in the last decade, has resulted in an irreversible impact on land integrity from a long-term perspective.     

长江三峡区间数字流域水系的构建

基于全球陆地一公里基础高程GLOBE数据 ,采用Martz和Garbrecht研制的数字高程流域水系模型自动提取长江三峡万县～宜昌区间的河网水系、各子流域分水线、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系 ,从而构成该区域的数字流域和数字水系。结果表明该模型生成的水系是可以接受的 ,与 1:10万地形图上长江三峡万县～宜昌区间的水系一致 ,这为空间分布式模型的建立提供了必备的空间信息数据。最后 ,探讨了数字流域水系在流域生态学中的应用前景 ,构建的数字水系可为中尺度以上流域水体和水生生物的资源保护与合理利用提供决策平台 ,服务于社会经济的可持续发展。     

生态土壤渗滤系统启动周期研究

利用室内模拟试验装置,考察了4种生态土壤渗滤系统在0.1 m3/(m2·d)的水力负荷条件下对生活污水中TP、COD和NH3-N的去除效果及启动周期; 同时对整个系统及同类生态工艺启动周期的判断方法做了探讨.研究结果表明,生态土壤渗滤系统对TP、COD和NH3-N的启动周期分别为15～27 d、24～40 d和24～26 d; 土壤渗滤系统对TP的启动周期最短,对COD的启动周期最长; 处理系统启动周期的判断原则是综合考察系统对主要污染物各自的启动周期,以最长的作为系统启动周期.4组试验中,1#和2#系统的启动周期为40 d; 3#和4#的为24 d.     

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

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.     

河北坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗特征及其影响因素

为查明河北省坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗能力,选择张北县（坝上风蚀区）和阳原县（坝下水蚀区）作为典型研究区,采用微型圆盘入渗仪测量土壤入渗特性,并分析其主要影响因素。研究结果表明：（1）阳原县不同土地利用类型土壤渗透性能表现为：高盖度草地>低盖度草地>耕地>林地,张北县表现为：草地>耕地>灌木林地>防护林地;（2）不同入渗模型拟合度之间存在显著差异,其中Philip模型拟合效果最佳;（3）土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、稳定入渗时间与容重呈极显著负相关关系,而与总孔隙度均呈极显著正相关关系。结果表明,该区草地土壤入渗能力最强,后期开展生态工程建设时应更加重视草地涵养水源的作用。     

气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的影响

借助Mann-Kendall趋势检验和突变检验对气象水文序列进行一致性分析,划分基准期（1961—1979年）和影响期（① 1980—1989年、② 1990—1999年、③ 2000—2016年）,利用基准期校准的可变下渗容量（VIC）模型,采用步进式方法,探究气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的波动影响过程。结果表明:研究区近56年年均气温显著升高,年降水量无明显变化趋势,流域年径流量下降趋势明显,季节尺度上流域非汛期降水量增加显著。气候变化和人类活动均会对径流产生显著影响且作用机理复杂,步进式方法对影响机理的研究较传统方法更能体现其变化过程;在降水丰沛的影响 ② 期,冬季降水量增加会显著增加流域径流量,而在降水略少的影响 ① 期和 ③ 期,蒸发量增加以及土壤含水量降低使得流域径流减少;人类活动耗水在影响 ① 期和 ③ 期引起流域径流减少并且影响作用逐渐增强,影响 ② 期由于城镇化和耕地扩张使得流域产流能力增强导致径流增加。深入研究气候变化和人类活动对径流的影响机制,可为流域水资源管理和规划提供理论依据。