基于分布式水文模型的武夷山市水文调节服务评估

武夷山是我国生态文明建设的重点示范区,开展水文调节功能服务价值评估是福建省生态安全保障的重要需求.采用流域分布式时变增益水文模型（DTVGM）,在充分考虑流域气象、水文、土地利用类型等信息的基础上,精细化模拟了武夷山流域的水文过程,定量评估了2010年和2015年有植被覆盖和无植被覆盖两种条件下武夷山市及下属各行政区植被生态系统的径流调节量及其价值量.结果表明:①武夷山市2010年和2015年径流调节量分别为5.73×108和5.21×108 m3,折合人民币分别为35.93×108和37.46×108元.②2010年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.013×108 m3;2015年枯水期日均径流调节量相比丰水期下降了0.009×108 m3.③星镇村和洋庄乡径流调节价值量明显多于其他行政区,均超过10.48×108元;崇安街道和新丰街道相对较低,均低于1.59×108元;其他几个行政区基本持平,在3.26×108~6.70×108元之间.研究显示,武夷山市区由于植被丰富,林地覆盖面积较大且密度较高,总体水文调节能力较强,但同时也受区域气候条件影响较大,有植被覆盖条件下在应对非极端气候时可以维持较好的径流调节能力,然而在极端特大暴雨事件中,现有植被种类的截留能力还不足以应对短时强降水过程.      

京津冀水源涵养生态服务供体区与受体区范围的划分

京津冀水资源问题已经严重制约区域经济发展,定量分析研究区水源涵养生态服务供受关系,有助于深刻理解区域上下游之间的生态联系,促进区域生态公平,实现区域社会持续健康发展.利用降水储量法、水量平衡法及水源涵养生态服务供体区与受体区划分方法,分析2000-2010年京津冀净水源涵养量空间格局,划分研究区水源涵养生态服务供体区和受体区范围.结果表明:①冀北燕山山区净水源涵养量最高,年均值为65.24~81.35 mm,其次是冀西太行山山区,年均值为46.47~61.28 mm;净水源涵养量负值区主要分布在东部沿海和大中小城市,年均值为-130.46~-152.39 mm.②水源涵养生态服务供体区占研究区面积的41.42%,单位面积（m2,下同）平均净供水量为0.03~0.07 m3;水源涵养生态服务平衡区面积占25.01%;水源涵养生态服务受体区面积占33.57%,单位面积平均净需水量为0.18~0.41 m3,是供体区供水能力的6倍左右.③从流域来看,滦河流域的承德市为天津市、秦皇岛市及唐山市供应水资源,年均供水总量为23.7×108 m3;永定河流域的张家口市为北京市供应水资源,年均供水总量为5.3×108 m3;大清河流域的保定市为北京市及天津市西南部供应水资源,年均供水总量为8.2×108 m3;但子牙河流域和漳卫河流域供水能力严重不足.研究显示,燕山山区和太行山山区为水源涵养生态服务供体区,东部沿海和大中小城市为主要水源涵养生态服务受体区,水源涵养生态服务供体区净水源涵养能力不能满足水源涵养生态服务受体区需水量,整个研究区供受关系严重失衡.      

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

兰州市城市植被生态系统服务功能价值研究

采用Costanza等人的生态系统服务评价方法,对兰州市区植被生态系统的调节气候、固碳释氧、涵养水源、净化环境和减弱噪声等四项服务功能进行评估.结果表明,2000年,兰州市植被生态系统服务功能价值为1.64×109元.同时,城市植被生态系统各生态服务功能价值大小依次为:固碳释氧、调节气候、净化环境、减弱噪声、涵养水源.净化环境和减弱噪声是兰州市下阶段城市植被规划设计中需要重点保障的生态系统服务功能.     

不同尺度和数据基础的水文模型适用性评估研究——淮河流域为例

在淮河流域蚌埠站以上区域构建人工神经网络(ANN)、HBV-D 模型和SWIM模型等水文模型,评估不同时间、空间尺度和数据基础下水文模型的适宜性。得出:①时间尺度上三个模型对数据要求不同, ANN模型需要月尺度数据即可建立降水-径流关系且能取得较好的模拟效果,HBV-D 和SWIM模型为日尺度水文模型,需逐日降水、温度和径流量等数据,SWIM模型还需作物管理、营养盐和土壤侵蚀等数据;②空间尺度上,ANN模型适应于大尺度,HBV-D 模型适用于1×10⁴ km²及以上流域,SWIM模型更适合于1×10⁴ km²以下小流域降水-径流关系建立;③模拟效果分析,月尺度统计上ANN模型对水文模拟的整体效果较好,但不适合用于气候变化背景下水文水资源等研究,而有物理基础的HBV-D和SWIM模型虽模拟的纳希效率系数不及ANN模型,但在气候变化背景下仍是较好的工具。     

江西省水源涵养量动态变化遥感监测与分析

稳定而又良好的水源涵养量是维持区域生态环境稳定、实现生态保护可持续发展的重要基础。迄今为止,国内开展水源涵养功能监测与评估主要涉及森林生态系统和不同土壤特性下的水源涵养量的计算,有关省域尺度的水源涵养量变化监测研究相对较少。因此,本文选取江西省作为研究区,采用降水贮存量法结合遥感技术,基于研究区降水量和植被度指数数据,监测分析研究区水源涵养量在2010-2015年间的时空变化情况。结果显示,2010-2015年间,江西省水源涵养量的整体格局基本保持稳定,整体略有小幅降低。     

三江源区生态系统服务间接使用价值评估

论文利用替代成本法、机会成本法和影子工程法等经济学方法,对三江源区生态系统提供的间接使用价值进行了评估。研究结果表明:2008年三江源区生态系统的间接使用价值共计1.74×10¹¹元,其中水源涵养价值为1.07×10¹¹元,占61.38%,土壤保持价值为4.60×10¹⁰元,占26.50%,气候调节价值为2.01×10¹⁰元,占11.56%,空气质量调节价值为9.56×10⁸元,占0.55%。该结果突出反映了三江源区作为水源发源地在水量平衡、调节区域水分循环和改善水文状况等方面做出的贡献。     

基于MMF模型估算植被与降雨变化对水沙的影响——以延河流域为例

为研究近年来植被对黄河各支流来水来沙锐减的贡献,选择植被变化极为显著的延河流域为研究区域,定量化估算植被的减水减沙效益。论文利用Landsat系列遥感影像数据,以及流域的气象水文资料,基于Morgan-Duzant版Morgan-Morgan-Finney(MMF)模型估算流域的径流量与输沙量,分析各植被因子与径流量、输沙量的相关性,并利用相邻时期的植被降雨数据进行情景模拟,以此估算植被与降雨对流域水沙的影响。结果表明:1MMF模型能较好地模拟流域年径流量,输沙量次之;2植被因子与径流量、输沙量空间分布格局上相关性不明显,径流量与间接植被因子(截留率、林下降雨侵蚀力和坡面沉积率)相关性较高,而输沙量与植被覆盖度相关性较高;3植被与降雨的情景模拟表明2000、2006年的植被较前一相邻时期有所改善,使得径流量分别较前期减少45.88%、25.74%,输沙量减少12.10%、27.57%。     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。     

结合生态需水的黄河水资源水质水量联合评价

在分析河水满足人类用水和河道生态功能需水双重功能的前提下,提出了河水生态功能强度的概念,以及结合生态需水的流域水资源数量与质量联合评价的方法.根据黄河流域1997-1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,结合生态需水对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价.结果表明,河水生态功能强度的时空分布不均,这与水量和水质的时空分布相关.在1997、1998和1999年,黄河总可利用水资源量分别为371.17×108、425.50×108和500.64×10 m3,其中具备河道生态功能的水资源量分别为129.51×108、151.51×108和205.88×108m3,远远小于维持河道生态系统健康所需的水资源量230.60×108m3,导致了黄河断流和其它生态环境问题的出现.     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

基于神经网络的三江源区草地地上生物量估算

三江源区位于青藏高原腹地,作为长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,是我国重要的水源涵养和生态功能保护区.为了及时准确地获取该区域草地生物量信息,根据三江源区高寒草甸、高寒草原采样点的地上生物量实测值,结合遥感植被指数、海拔、气象观测数据（光合有效辐射、年均气温、年降水量）构建BP神经网络模型,估算2001—2010年三江源区的草地地上生物量,并对其进行分县统计和年际变化分析.结果表明:① 通过多次反复的训练与测验得到的BP神经网络模型,对高寒草甸、高寒草原的地上生物量模拟值与实测值的R2分别为0.73、0.79,表明BP神经网络模型具有较好的模拟效果.② 2001—2010年三江源区草地地上生物量多年平均值为172.34 g/m2,其中高寒草甸为214.81 g/m2,高寒草原为130.07 g/m2.③ 三江源区草地地上生物量的空间分布具有明显的空间异质性,呈从东南向西北递减的趋势.其中,位于东部的河南县草地地上生物量最高,为413.46 g/m2;而北部的曲麻莱最低,仅为69.04 g/m2.④ 2001—2010年三江源区草地地上生物量呈缓慢波动上升趋势,平均升幅为0.93 g/（m2·a）.研究显示,利用站点地上生物量实测数据构建BP神经网络模型并对地上生物量进行模拟,对于分析区域尺度的草地地上生物量分布格局和变化趋势行之有效.      

“引江济太”过程中塑化剂类污染物的输入特征和环境健康风险评价

为了解"引江济太"过程中塑化剂类污染物对贡湖的输入特征,于2013年8月对14个采样点的7种邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)的浓度进行采样分析,并通过美国环保署(USEPA)推荐的方法,对其环境风险进行评价.结果表明:各采样点邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二环己酯(DCHP)均有检出,除采样点10、11和12外,邻苯二甲酸二乙酯(DEP)也有检出,其余4种均未检出,长江引水经望虞河进入贡湖后,DEP、DBP和DCHP浓度均有不同程度的降低,且其最高浓度均出现在望虞河长江引水处(采样点1),说明在引水过程中长江水对望虞河有明显的PAEs输入,而贡湖锡东水厂DEP浓度高于贡湖其他采样点,南泉水厂DBP和DCHP浓度高于贡湖其他采样点,金墅湾水厂PAEs浓度总体处于较低水平.环境健康风险评价结果显示:DEP的最大非致癌风险值为3.91×10-8a~(-1),未超过国际组织规定范围,而DBP的最大非致癌风险值为1.17×10-5a~(-1),超过英国皇家协会RS规定的1×10-6a~(-1),但均对人体无明显非致癌危害.     

三江源植被保持土壤能力的时空变化

为深入了解三江源区植被保持土壤的能力,以RS和GIS为技术支撑,在对三江源区植被覆盖度动态变化特征分析的基础上,利用SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》推荐的中国土壤侵蚀模型CSLE(Chinese soil loss equation)估算了2000—2010年三江源区植被的土壤保持能力,并分析其时空动态变化特征. 结果表明:①2000—2010年三江源区年均植被覆盖度为43%~50%;植被平均土壤保持量为849~955 t/km2,并且空间差异很大,总体上呈自西北向东南增加的空间分布格局. ②2000—2010年植被的土壤保持能力呈逐渐增加趋势,其中2000—2005年各流域的土壤保持能力平均增加了约29 t/km2,并以大夏河与洮河流域土壤保持能力的增幅(约700 t/km2)最大,其次为玛曲至龙羊峡(约300 t/km2),羌塘高原区植被的土壤保持能力增幅(仅2.08 t/km2)最小;2005—2010年各流域的土壤保持能力呈现轻微增长,平均增加了约9 t/km2,其中增幅较大的是柴达木盆地东和直门达至石鼓流域(约16 t/km2),增幅最小的是羌塘高原区(仅3.90 t/km2). ③三江源植被土壤保持能力随植被覆盖度的增加呈非线性增长,可通过指数或幂函数形式表达. 研究显示,增加植被覆盖度有助于提高三江源区的土壤保持能力、控制区域土壤侵蚀.      

厦门市城市绿地雨洪减排效应评价

城市绿地在对雨水的渗透、滞留和调蓄方面具有非常显著的作用,能够有效削减城市的雨洪流量,缓解内涝压力.以海绵城市试点——厦门市为典型区,在日降雨数据、土地利用数据、土壤类型数据、城市绿地空间分布数据和城市建成区空间范围数据等多源数据的支撑下,系统评价了厦门市建成区城市绿地的雨洪减排效应.其中,雨洪减排效应的实物量通过SCS（Soil Conservation Service）模型进行评估,价值量则利用替代市场法进行估算.结果表明:2010年厦门市单位城市绿地削减的雨洪径流深为262.28 mm,削减的雨洪径流总量为4 385.40×104 m3,减排服务价值为2.75×108元;2015年单位城市绿地削减的雨洪径流深为335.77 mm,削减的雨洪径流总量为7 634.37×104 m3,减排服务价值为5.49×108元.城市绿地面积、降水量及其时程分配是影响城市绿地雨洪减排效应的关键因子,在其共同驱动下,2015年厦门市城市绿地的雨洪减排效应较2010年显著增加.研究显示,SCS模型在数据输入和参数率定等方面具有显著优势,能够在地理空间上连续模拟厦门市整个建成区的产流量,进而实现行政区单元和城市绿地类型单元雨洪减排效应的双重评价,3种城市绿地类型（乔木、灌木和草本）单位面积的雨洪减排效应并无明显差异,受绿地面积支配,厦门市80%的城市绿地雨洪减排效应由乔木绿地产生.      

南京地区污水厂、自来水厂及长江中抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征

近年来,新型抗性基因以其易传播和耐药广等特性,展现出比传统抗性基因更严峻的健康风险,在临床卫生领域受到广泛关注,但目前对其在环境中的行为和风险研究很少.为此,考察了2种有代表性的新型抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征,并借助荧光定量PCR探索了长江下游（南京段）及附近污水厂和自来水厂中MCR-1和NDM-1的分布特征,进而采用RDA（冗余性分析）评价了分布特征受水质指标的影响效果.结果表明:①污水厂进水中MCR-1和NDM-1绝对丰度较高,且随处理流程呈下降趋势,总去除率分别为92.5%和92.7%,但出水中MCR-1和NDM-1绝对丰度仍分别达2.5×108和7.0×106 copies/L.②长江下游（南京段）各采样点MCR-1和NDM-1绝对丰度的范围分别为8.5×107~3.5×109和4.3×105~2.1×107 copies/L,随水流方向呈降低趋势,但在个别采样点出现异常升高的情况,主要受该区域人为污染的影响.③自来水厂处理工艺对MCR-1和NDM-1去除率分别为75.0%和70.6%,但出水中存留的MCR-1和NDM-1绝对丰度分别达1.4×107和6.3×104 copies/L,且MCR-1和NDM-1在排泥水中大量富集.④MCR-1绝对丰度与ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、电导率呈正相关,而NDM-1绝对丰度仅和浊度存在弱相关关系,与其他水质指标无明显相关性.研究显示,污水处理工艺无法有效去除MCR-1和NDM-1,大量抗性基因通过污水厂出水排入长江,同时自来水厂以含有较高绝对丰度抗性基因的长江水作为水源水,最终自来水厂出水中残存的抗性基因可能进入人体,生态健康风险较大.      

厦门市生态系统供水服务量化与价值评估

突出的水污染问题严重影响生态系统供水服务,针对现有研究对水质影响和供水价值的评估考虑不足,尚无法将水质、供水服务及其价值与管理措施相联系,难以满足水资源和水环境管理的决策需求等问题,综合考虑水资源和水环境,建立了水质水量-供水服务-供水价值的联系,应用于厦门市生态系统供水服务评估并提出管理建议.采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型模拟水量,引入主要污染物超标当量和水质当量的概念评估水质,采用市场价值法和环境恢复成本法评估其价值.结果表明:2015年厦门市生态系统供水量为9.26×108 m3,供水价值量为14.82×108元,比2010年分别增加了1.77×108 m3和2.60×108元.2015年和2010年厦门市水质恶化导致供水价值量分别损失0.31×108和0.27×108元.厦门市供水服务具有较强的时空异质性和水体差异性,发掘潜力较大,受到总体下降的水质影响,建议从提升水源涵养能力和改善水质这两方面入手开展研究,以提升供水服务.该研究方法操作简单,评估结果易于比较和被决策者理解,但对经济发展程度的影响和水质定价考虑不足,在今后研究中应将地方经济发展程度纳入评估体系,并修正水污染处理成本.      

疫情背景下长江中游地区典型饮用水源中PPCPs分布特征与风险评估

对新冠疫情（COVID-19）背景下长江中游武汉段的18个集中式饮用水源地共26个采样点进行水体样品采集.采用超高效液相色谱三重四极杆串联质谱（UPLC-MS/MS）对样品中的药品与个人护理品（PPCPs）的31种物质进行检测,分析了PPCPs的污染特征和生态与健康风险.结果表明,在26个采样点中,共检出23种PPCPs,其中有5种物质在所有点位均有检出,ΣPPCPs浓度范围介于102.44~745.78 ng·L^-1,平均值为206.87 ng·L^-1.检出污染物浓度最高的物质为水杨酸和强力霉素,浓度范围介于28.24~534.24 ng·L^-1和28.72~416.60 ng·L^-1.从空间分布来看,汉江抗生素类PPCPs浓度整体高于长江,而其他种类PPCPs,则表现为长江较高于汉江.生态风险评价结果表明,汉江的生态风险高于长江,藻类风险水平高于无脊椎动物和鱼类,其中水杨酸、强力霉素、林可霉素和金霉素对藻类风险水平较高.健康风险评价结果表明,饮水途径对成人及儿童产生的风险范围分别介于1.14×10^-4~1.36×10^-1和1.04×10^-4~8.21×10^-1,风险水平总体较低,但儿童健康风险高于成人,需要引起重视.通过与近年来长江和汉江流域PPCPs的检出情况对比,疫情背景下长江武汉段PPCPs的污染水平属于中等水平,汉江武汉段的PPCPs污染水平较高.