基于SWAT模型的丹江口水库流域农业非点源污染的时空分布特征

利用SWAT模型,基于GIS技术和流域DEM,构建了丹江口水库流域农业非点源污染基础信息库,并根据实测资料对模型的参数进行了率定和验证,在确定模型适用性的基础上分析了流域农业非点源污染负荷的时空分布特征,模拟计算了流域内主要的土地利用类型的单位面积农业非点源污染负荷量。结果表明：研究区农业非点源污染负荷年内分布不均,污染负荷与降雨量具有较强的相关性,氮负荷同月径流的相关系数为0896,磷负荷同泥沙负荷的相关系数为0920;氮、磷等营养物质的流失量具有较大的空间差异性,且不同土地利用方式下单位面积的农业非点源污染有较大的差别,耕地和裸露地的单位面积污染负荷均较高,而林地单位面积的泥沙负荷污染负荷最低,其单位面积的泥沙负荷、吸附态氮、溶解态氮、吸附态磷和溶解态磷分别为715 t/hm2、892 kg/hm2、835 kg/hm2、807 kg/hm2、006 kg/hm2;设计不同的情景,模拟了不同施肥量和水土保持措施对农业非点源污染物产出的影响,与基准情景相比,发现减少化肥施用水平对研究区农业非点源污染总氮和总磷负荷削减比例较大,采取退耕还林和还草两种水土保持措施能有效减少流域泥沙负荷和农业非点源污染负荷     

不同土地利用模式下洪泽湖流域非点源颗粒态磷负荷时空演变研究

综合星地协同技术手段,定量化表征1990年以来洪泽湖流域非点源颗粒态磷负荷的时空变化特征,并差别化地探讨其与流域土地利用变化的响应关系,厘清二者的作用机制,为实现非点源磷污染的有效管控提供科技支撑。主要结论包括:(1)近20年,颗粒态磷负荷呈现"下降-上升-下降"的波动状态,1990~1996年呈下降趋势,1998~2006年保持平稳增长状态,2008年后快速下降;(2)颗粒态磷单位负荷空间差异明显,高值区集中分布在淮河支流流域(3.88 t/km~2/a),低值区则主要分布在汴河流域(0.57 t/km~2/a);(3)不同土地利用模式下平均颗粒态磷负荷由高到低依次为:多种地类混合的淮河支流流域(681.84 t/a)、城镇化快速增长的高松河流域(317.65 t/a)、农用地主导的维桥河流域(185.73 t/a)、湿地保护区的汴河流域(121.09 t/a)。林地、湿地等用地类型能显著减少颗粒态磷污染物的流失量,农用地和建设用地则会加剧颗粒态面源磷污染。     

三峡水库上游流域非点源颗粒态磷污染负荷研究

为有效控制三峡水库上游流域因水土流失产生的非点源颗粒态磷污染,改善库区水质,以美国通用土壤流失方程为基础,从影响土壤流失年际变化的水文条件和人类活动两个主导因素着手,并从地形指数的角度考虑泥沙输移比的空间分布,提出了能反映流域输沙量逐年动态变化的新估算方法。在此基础上,建立了流域颗粒态磷污染年负荷模型。在GIS辅助下,应用所建模型,对研究流域1990~2006年颗粒态磷污染负荷进行了空间分布模拟和定量研究。结果表明：所建年输沙量模型和颗粒态磷年负荷模型有良好的模拟精度;金沙江中下游流域,雅砻江中下游流域和岷江的大渡河流域是颗粒态磷污染的主要源区,嘉陵江流域通过治理水土流失和颗粒态磷流失情况明显好转;“长治”工程后,三峡水库上游流域的颗粒态磷年负荷总体上有下降趋势,近5年的年均负荷为16 482 t/a,比治理初期的1990年减少约37%。     

三峡水库上游流域非点源颗粒态磷污染负荷研究

为有效控制三峡水库上游流域因水土流失产生的非点源颗粒态磷污染，改善库区水质，以美国通用土壤流失方程为基础，从影响土壤流失年际变化的水文条件和人类活动两个主导因素着手，并从地形指数的角度考虑泥沙输移比的空间分布，提出了能反映流域输沙量逐年动态变化的新估算方法。在此基础上，建立了流域颗粒态磷污染年负荷模型。在GIS辅助下，应用所建模型，对研究流域1990~2006年颗粒态磷污染负荷进行了空间分布模拟和定量研究。结果表明：所建年输沙量模型和颗粒态磷年负荷模型有良好的模拟精度；金沙江中下游流域，雅砻江中下游流域和岷江的大渡河流域是颗粒态磷污染的主要源区，嘉陵江流域通过治理水土流失和颗粒态磷流失情况明显好转；“长治”工程后，三峡水库上游流域的颗粒态磷年负荷总体上有下降趋势，近5年的年均负荷为16 482 t/a，比治理初期的1990年减少约37%。     

基于Divisia分解法的江苏沿海地区碳排放影响因素研究

能源消费是碳排放的主要来源。随着江苏沿海经济的快速发展,能源消费的增长以及以煤为主的能源结构在短期内难以改变,因此碳排放呈增长趋势。为了研究影响江苏沿海地区碳排放的因素,采用对数平均权重Divisia分解法,建立江苏省沿海地区人均碳排放量的影响因素分解模型,分析了2000～2008年经济发展、能源结构和能源效率对江苏省沿海地区人均碳排放的影响。研究结果表明：经济发展对江苏省沿海地区人均碳排放的贡献值和贡献率均呈指数增长趋势,能源效率的提高和能源结构的改善对人均碳排放的抑制作用比较有限,经济发展是造成江苏省沿海地区人均碳排放量快速增长的主要因素。通过研究,为江苏沿海地区控制和减少碳排放提供一些针对性的措施     

重金属面源污染模拟及其不确定性分析——以湘江株洲段镉污染为例

基于我国现有的环境数据条件,将复杂的分布式水文、泥沙模拟（采用SWAT模型）与简化的输出系数方法进行有效整合,建立了可实际应用的流域重金属面源污染负荷模型。应用所建模型对湘江株洲段所属汇水区域的镉面源污染进行动态模拟,并进行不确定性分析。模拟结果显示,研究区镉面源污染负荷总量约为2 435kg/a,受污染土壤对于镉面源负荷量贡献率达657%。土壤侵蚀过程对研究区的面源污染过程起控制作用,因此,土壤污染防治和水土保持是该区域镉面源污染管理的关键。土壤污染程度高且易侵蚀的地区（如清水塘工业区及其邻近地区）是防治的重点区域,而每年的4月和5月是防治的重点时期。不确定性分析结果显示,超过50%的概率下,研究区镉面源负荷总量处于2 000～3 000 kg/a这一范围,但仍有可能低于1 500 kg/a或高于4 000 kg/a     

湖北省畜禽养殖污染现状及总量控制

通过畜禽产排污系数以及2011年湖北省的统计数据,估算出湖北省2011年畜禽养殖业畜禽粪便总量及COD、氮、磷的产生量,分析了污染物对环境污染的情况,并对湖北省畜禽养殖的环境容量和污染风险进行了初步评估。结果表明,2011年湖北省畜禽的粪便总量为8 479.8万t,主要分布在襄阳市、黄冈市、孝感市。全省粪便耕地负荷为16.2 t/hm~2/a,警报值为0.54,分级级数为II,对环境构成污染的威胁为"稍有"。全省氮、磷的耕地负荷分别为157.9 kg/hm~2/a、24.5 kg/hm~2/a,其中,鄂州市、黄冈市均超过欧盟限量标准(氮170 kg/hm~2/a、磷35 kg/hm~2/a)。2011年湖北省的实际养殖总量分别为7 868.5万头猪当量(N)、9 725.3万头猪当量(P),都超过畜禽50%环境容量(为4 599.4万头猪当量(N),7 161.1万头猪当量(P)。除了荆州市外,其他大部分地区的实际养殖数量都超过50%环境容量,这些地区应该严格控制畜禽的养殖数量并同时做好污染物消减措施。     

基于GIS的鄱阳湖流域非点源吸附态污染物时空变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于GIS技术,以鄱阳湖流域为研究区域,利用3个时期多源数据,首先运用土壤流失方程估算鄱阳湖流域土壤侵蚀量,计算土壤侵蚀模数,然后根据泥沙输移比估算水体的泥沙负荷,最后采用颗粒态氮磷营养盐迁移经验模型定量研究鄱阳湖流域非点源吸附态污染物N、P负荷的时空变化规律。结果显示:吸附态氮磷污染负荷在空间分布上呈现出四周高、中间低的特点,相对较高的区域位于流域中、上游,这主要由于该区域多为山地陡坡;相对略低的区域位于流域的下游地区,这主要因为该区域平原和丘陵交错分布,土壤侵蚀强度较低。时间变化上,全流域单位面积N、P吸附态污染物负荷大都呈现先增加后减少的趋势,同时减少的幅度较增加的幅度大。     

环鄱阳湖区农业面源污染TN/TP时空变化与分布特征

以鄱阳湖区周边12县市为研究区域,以氮、磷2种污染物为研究对象,以土地利用、畜禽以及农业人口为三大主要营养源,运用输出系数模型对环鄱阳湖区1997~2007年的面源污染现状负荷进行估算,结果表明TP/TN都呈现平稳上升的趋势,且面源污染高负荷区主要集中在南昌县、新建县和南昌市辖地区;预测2011~2020年TN/TP的变化,结果表明研究区域总磷总氮均有明显增长趋势,环鄱阳湖区年平均TN/TP相对现状年平均增长率为1746%和1602%。面源污染负荷的三大营养源贡献中畜禽输出负荷的贡献率随时间的推移有明显增加的趋势,农业人口和土地利用的贡献率有下降的趋势,揭示了环鄱阳湖地区禽畜污染将是农业面源污染的主要污染源。并借助GIS工具分析了TN/TP在环湖各地区的分布特征,指出了面源污染控制的重点工作区域     

三峡库区及上游流域面源污染特征与防治策略

三峡水库自2003年蓄水运行以来,富营养化问题突出,面源污染防治愈发受到关注。依托2004、2005年生态环境调查成果,在分析三峡库区及其上游流域（简称三峡地区）面源污染负荷特征、面源污染发生原因的基础上,提出了区域面源污染防治策略。研究结果表明：入库污染负荷总量组成中,面源贡献占绝对优势;空间分布上,上游长江干流、嘉陵江及乌江流域贡献占绝对优势,库区区间贡献较小;形态特征上,氮对水体的影响以溶解态为主,磷对水体的影响以颗粒态为主。从面源污染发生过程来看,三峡地区生态环境脆弱、土地利用不合理为土壤侵蚀、污染物迁移转化提供了先决条件;而农村经济增长迅速、耕作管理技术落后亦增大了面源污染的风险。结合上述分析以及三峡地区实际情况,针对性地提出污染控制分区策略、工程措施治理策略、生态经济培育策略、农业耕作管理策略,旨在为三峡水库长效环境保护提供借鉴.     

1980~2010年江苏沿海城市土地利用变化及其与环境因子关系分析——以东台市为例

2009年江苏省沿海开发规划上升为国家战略,了解江苏沿海城市过去土地利用变化轨迹以及驱动因子是未来江苏省沿海城市土地利用规划的重要基础性工作。基于5期TM30 m×30 m RS遥感影像和GIS技术,分析东台市1980~2010年土地利用结构与变化轨迹,并通过典型对应分析(CCA)分析其与环境因子之间的关系。结果表明,东台市1980~2010年主要土地利用类型为耕地(2029.02 km²)、建设用地(155.31 km²)、草地(60.41 km²)和水域(56.56 km²)。近30年土地利用变化量占总面积的16.98%,其中耕地、草地和建设用地变化量最大。土地利用变化最主要轨迹为耕地转建设用地,主要位于市区及周边地区,其次为草地转耕地,主要位于海岸带地区。东台市土地利用变化热点区域分别为市中心和海岸带,二者相距较远,相对独立。CCA分析显示城镇、交通和斑块形状复杂程度等是影响沿海城市土地利用变化的重要因子,海岸线作为沿海城市主要特征,随着海岸滩涂围垦开发,到海岸距离也是沿海城市土地利用变化的重要影响因子。因此,在沿海城市土地利用规划中需要重点考虑城镇布局、交通等基础设施分布、斑块的形状等因子,通过海岸带土地利用方式转变来加强市区与海岸带之间联系,促进社会经济转变,进一步保护海岸生态环境,提高海岸开发综合效益,引导土地利用走向可持续发展道路。     

近年来江苏省海岸带土地利用/覆被变化时空动态研究

海岸带是陆海生态系统交错带,具有重要的经济与生态价值,其生态环境具有脆弱性特征。海岸带的开发利用使其地区生态环境发生变化,而土地利用/覆被变化是地区生态环境变化的重要组成部分和主要原因之一。取1980、2000、2005、2008年4个时相的TM遥感影像为数据源,通过土地利用结构、土地利用多样性以及土地利用程度指数分析江苏省1980年以来海岸带土地利用/覆被变化的时空动态特征,揭示地域差异与梯度分异特征。研究结果表明：（1）江苏省海岸带土地利用结构表现为生态用地占比高,城镇与农村居民点占比低的特征。1980年以来,不同土地利用类型数量不断变化而结构相对稳定;类型趋于多样化且利用强度增加。（2）江苏省海岸带土地利用存在地域差异特征。土地利用结构存在不同模式且变化相对稳定;土地利用程度在南北方向上存在高 低 高分布特征,但逐步被打破。（3）江苏省海岸带土地利用在陆海方向上存在梯度特征。土地利用多样性陆海方向呈现低 高 低模式,土地利用强度陆海方向呈现高 中 低模式。土地利用多样性高值区逐步向海岸带中部移动;海岸带各缓冲区土地利用程度分异逐步增大。以射阳河口作为分界点,南北地区梯度规律存在差异性     

江苏海岸带土地利用变化及驱动力分析

通过对江苏海岸带近13a的土地利用变化和社会经济分析,得出:连云港海岸带以耕地、其他建设用地和农村居民点为主,占81%,海岸带开发程度高;斑块个数增加,景观破碎化增大。盐城以耕地、草地和其他建设用地为主,占77.45%,开发程度中等;耕地、水库坑塘等人工景观面积增大,适宜生物多样性保护的生境面积减少。南通海岸带以耕地和滩涂为主,占88.93%,但两者的面积都在下降;人工景观面积增加。人口增长的压力、政府政策的导向与社会经济的驱动是江苏沿海三市海岸带景观格局变化的主要驱动力。连云港海岸带人口密度增加了13.8%,第二产业产值增加了7.7倍,人类活动的干扰使海岸带破碎明显;盐城海岸带人均GDP增加了4倍,经济利益的驱使,使盐城丧失大面积的草地,海岸湿地遭到破坏;南通海岸带人口密度减小了2.0%,人均GDP增加了5.3倍,第三产业的发展对海岸带干扰较小,海岸带景观破碎度较低。     

丹江口水库典型消落区不同土地利用类型土壤养分分布

丹江口水库是南水北调中线工程的取水口,调水工程的实施使新增淹没区土壤由于淹没浸泡可能使其中氮磷等营养盐释放,对水库水质构成威胁。采集丹江口水库典型消落区不同土地利用类型的表层土壤,测定现有消落区(149~160m)和新增消落区(160~172m)不同土地利用类型土壤的氮磷含量,分析消落区土壤养分分布特征。结果表明:土壤有机质含量在滩地和农田混杂区最高,分别为43.9、49.8g/kg,有机质易在扰动强烈或生物多样性丰富的区域累积。现有消落区(149~160m)和新增消落区(160~172m)土壤中总氮、总磷均值无显著性差异(p0.05)。消落区不同土地利用类型中,果园土壤的总磷、裸地土壤水溶性磷含量均为最高。现有新增消落区土壤磷流失率(0.564%)高于现有消落区(0.378%),需防范新增消落区的磷流失风险。消落区土壤总氮含量与有机质含量呈极显著相关(p0.01);总氮含量范围为0.044%~0.167%,农田、果园等受人为耕作作用强烈的土地利用类型土壤总氮含量相对较高。在消落区实施退耕还林等措施,恢复消落区的植被群落,可有效降低土壤的氮磷的流失。     

杭州湾南岸滨海平原土地利用/覆被空间格局变化分析

杭州湾南岸滨海平原位于沪、杭、甬经济金三角的中心地带,是我国沿海经济最发达的地区之一。研究其土地利用/覆被空间格局变化对合理利用土地资源,促进沿海地区的可持续发展具有重要意义。利用1987年和2000年2个时期的TM影像,分析了杭州湾南岸滨海平原土地利用/覆被数量及空间格局变化特征。结果表明,杭州湾南岸滨海平原建设用地、水体和养殖用地呈现明显的增长趋势,水田、旱地、滩地、林地和盐田呈减少趋势。受自然和人类活动的共同影响,土地利用/覆被类型斑块平均面积由0.245 km2降至0.173 km2,斑块密度则由4.081个/km2提高到5.781个/km2,斑块数量增加了42%。由于斑块的破碎化,大部分土地利用/覆被类型的边界密度、形态指数、分维数和斑块密度都有不同程度的增加。城市化和非农化的发展使得建设用地格局指数变化表现出一定的特殊性。     

江苏省耕地资源动态变化及驱动力研究

根据江苏省不同来源耕地数据差异，适当修正得到1949~2006年耕地数据序列，引入耕地变化率、耕地分布重心等指标，研究江苏省近60年来耕地资源动态变化的基本过程及其空间差异，然后运用相关分析和因子分析初步探讨了耕地数量变化的主要驱动力，并建立耕地数量变化的多元回归模型。研究表明，江苏省耕地面积经历了由增加→急剧减少→缓慢减少→快速减少的变化过程；苏北滨海平原区、中部里下河浅洼平原区及宁镇扬低山丘岗区耕地有所增加，而苏南长江三角洲平原区耕地则急剧减少，耕地重心呈现向后备资源丰富、人地矛盾较为缓和的地区移动的趋势；人口增长与农业科技进步、经济发展和农业结构调整是耕地面积变化的主要驱动因子；预测2020年江苏省耕地总量45449×104 hm2，人均耕地0053 hm2；要保护有限的耕地资源，江苏省必须转变土地利用方式，并实行严格的耕地保护政策。     

长江中下游地区畜禽承载力评估与预警分析

为评估长江中下游地区畜禽养殖的环境风险和承载潜力,以《畜禽养殖业产污系数与排污系数手册》和《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》中的相关参数为基础,采用2016年的统计数据,测算了长江中下游地区的畜禽粪便总量、耕地畜禽粪污氮磷负荷和耕地畜禽养殖环境容量。结果表明：（1）2015年长江中下游地区畜禽粪便总量为44 784.09万t,单位耕地畜禽粪污氮、磷负荷分别为71.18、12.71 kg/hm2,畜禽养殖环境容量76 561.60万头猪当量（N）、106 208.50万头猪当量（P）,环境风险指数为0.68（N）、0.84（P）,养殖风险中等,具有一定发展潜力,增量规模分别为实际养殖总量的47%（N）、19%（P）;（2）分省域来看,畜禽粪便资源丰富程度由高到低依次为湖南、湖北、安徽、江西、江苏、浙江和上海;耕地氮负荷由大到小依次为湖南、湖北、江西、安徽、江苏、上海和浙江;耕地磷负荷由大到小依次为湖南、湖北、江西、江苏、安徽、上海和浙江;上海、江苏、浙江、安徽、湖北和湖南畜禽养殖环境风险中等,具有发展潜力,可适当增加养殖数量;江西畜禽养殖环境风险较严重,不具有发展潜力,需要进行总量控制;（3）分市域来看,约59%的市畜禽养殖环境风险中等,约28%的市畜禽养殖环境风险较严重,约10%的市畜禽养殖环境风险较小,仅3%的市畜禽养殖环境风险严重。需按照重点调控区、约束发展区、适度发展区、潜力增长区和重点发展区进行优化,并根据区域种植业结构进行动态调整。     

基于CLUE-S模型的重庆市渝北区土地利用变化动态模拟

以重庆市渝北区为研究区域,运用CLUE-S模型,结合Logistic回归分析,分别以2007年和2009年为基期,对渝北区2013年土地利用情况进行模拟研究,在此基础上构建了渝北区2013~2020年3种不同情景的土地利用变化模式,模拟了3种情景模式下渝北区在2020年的土地利用空间分布格局。结果表明:(1)两期模拟的正确率分别达到了92.26%和94%,Kappa系数值分别为90.32%和92.5%,均取得了较好的模拟效果,说明CLUE-S模型适用于渝北区的土地利用空间格局变化的模拟研究,具有较好的模拟区域土地利用时空变化的能力;(2)地形、国道、省道、高速公路等主要道路、河流、城镇和村庄是影响渝北区土地利用空间格局变化的重要驱动因素;(3)在3种情景模式中,主要的用地格局变化均发生在两江新区,区内建设用地总体呈现向东北部扩张的趋势,表明区域经济社会发展政策对用地类型的变化具有较大的影响;(4)从促进城乡统筹和谐发展、土地节约集约利用、生态环境显著改善和保护耕地的区域发展目标而言,情景模式2为较为合理的发展模式。研究结果可为决策部门在土地可持续利用和土地管理方面提供参考依据。     

长江上游流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的影响

利用长江上游主要水文站1956~2010年输沙量数据和雨量站日降雨量时间序列资料,采用线性回归研究流域降雨侵蚀力与河流输沙量的关系,并估算长江上游各子流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的总体贡献。结果表明:长江上游降雨侵蚀力为2 362 MJ·mm/(hm²·h·a)到3 814 MJ·mm/(hm²·h·a),多年平均值为3 006 MJ·mm/(hm²·h·a);各子流域的年均降雨侵蚀力差异较大,其中乌江子流域最大,为5 055 MJ·mm/(hm²·h·a),金沙江子流域最小(1 560 MJ·mm/(hm²·h·a)),不足乌江子流域的1/3。各子流域降雨侵蚀力的极值比大小嘉陵江 > 岷江 > 乌江 > 金沙江。长江上游流域以及子流域输沙量在1956~2010年间均呈总体下降趋势,各子流域年均输沙量大小金沙江 > 嘉陵江 > 岷江 > 乌江。降雨侵蚀力变化对长江上游输沙量变化贡献率为7%,对岷江、嘉陵江、乌江子流域输沙量变化的贡献率分别为36%、20%、9%。总体来说,降雨对长江上游输沙量变化的影响不如人类活动的影响大。