城镇化下平原水系变化及河网连通性影响研究

针对平原区城镇化背景下水系减少及连通受阻等下垫面变化引起的洪涝加剧问题,综合考虑水系结构和水力特性等因素,建立满足行洪排涝需求的平原水系连通度量方法,并以浙东沿海平原河网区为例,分析了城镇化下平原水系特征变化及其对河网连通度的影响。结果表明:1近20a来研究区水系数量和结构复杂性均存在不同程度的衰减,河网密度和水面率分别减少20%和30%左右,水系尤其是低等级河道的减少导致河网结构趋于骨干化;2河网连通度受水面率等数量特征和水系空间连接结构的共同影响,在水系数量持续减少情况下,整个河网连通度呈现先减少后增加的趋势,说明了骨干河道工程对水系空间结构特征的优化,可缓解水系减弱对河网连通的负面效应;3建立的河网连通度方法合理反映了水系数量和结构变化下的河网连通度演变规律,以及水系变化下区域排涝能力的空间差异特征,具有操作性强特点。     

城镇化对太湖平原河网的影响——以太湖流域武澄锡虞区为例

为探讨近年来城镇化快速发展等对太湖流域腹部地区平原河网水系的影响,选取城镇化快速发展且城镇化程度很高的武澄锡虞区为例开展了研究。以1960年代、1980年代和2003年水系为基础,依据河道宽度对水系分级,并从河流地貌学角度定量分析了河网密度、水面率、河网复杂度、河网结构稳定度、分维数等结构特征及长时间序列的水位变化。结果表明：研究区水系要素基本上都在减小;不同等级的河流长度和河湖面积除一级河流面积增加外,均呈减少趋势。河网密度、水面率、分维数均变小,河网复杂度、河网结构稳定度下降,河网演化趋于主干化、单一化,河湖连通性下降。城镇化前后变化显著,且1980年代以来变化加快。同时城镇化背景下的水系衰减对河网蓄泄功能也产生了较大影响,使得年平均水位和汛期水位呈现上升趋势,导致洪灾风险增大。故在城镇化过程中应遵循河网演变规律,促进水系的保护     

太湖流域城市化发展下水系结构与河网连通变化分析——以苏州市中心区为例

太湖流域是我国城市化高度发达地区,城市化的发展有力地促进了区域经济的增长,但同时对原有河流水系造成了较大冲击,从而对生态环境造成了很大影响。苏州市是太湖流域城市化发展最为典型的城市之一,近几十年来城市化的快速发展导致区域河网萎缩,水系连通受阻。为此运用图论和GIS的方法探讨了水系结构与河流连通变化。研究表明：（1）近50 a来,苏州市中心区河流总长减少了约84 km,河网密度下降了约197%;（2）研究区二、三级河流持续减少,一级河流不断增加,呈明显的主干化趋势;（3）河流结点数和河链数均呈下降趋势,且1980s到2009年的变化幅度要比1960s到1980s的变化幅度大;（4）水系连通度由1960s的4215下降到1980s的4017,到2009年下降为3361,呈明显的减小趋势     

三江源区气候及水文变化特征研究

以1961~2007年三江源区的气象及径流资料为基础,采用M K法和R/S分析法分析三江源区气候及水文要素变化趋势及进行未来变化趋势预测,并采用主成分分析法判定径流过程的主要驱动要素。研究表明:三江源区气温普遍显著升高,水面蒸发和地温随着气温的升高也不断增加,降水的增加并不显著,而年径流尤其是夏秋季节径流存在明显减小的趋势。R/S分析结果表明气候和水文要素未来总体的变化趋势与过去一致。三江源区径流过程是由气温起主导作用,径流对气温变化较降水变化更为敏感。本研究将为三江源区水资源开发利用及优化配置提供科学借鉴,同时为三江源区的生态建设和保护提供参考依据     

城镇化平原河网区下垫面特征变化及洪涝影响研究

城镇化是人类改变地表最深刻、最剧烈的过程之一,针对平原区城镇化引起的洪涝加剧问题,以浙东沿海奉化江流域中下游平原为例,利用高分辨率遥感影像和地形图资料获取1990~2010年间下垫面特征信息,从土地利用类型、河网水系和地面高程3个方面,分析城镇化过程中平原河网地区下垫面特征变化及其对区域洪涝调蓄能力的影响。研究结果表明:平原区城镇化对下垫面的影响不仅表现为城镇不透水面的增加,径流系数的增大,同时城镇扩张过程中农田和水系转化为城镇用地,而后者具有相对较高的防洪标准,使得新建城区地面高程明显增大,河网调蓄能力亦呈不断减少趋势。洪涝模拟显示以上下垫面变化导致区域可调蓄洪涝的空间逐渐减少,洪涝风险程度加大,并呈现向相对低洼地带转移的趋势特征。     

汉江中下游消落区及水域面积时空变化分析

基于1987～2017年Landsat时序数据,提取汉江中下游河流消落区及水域面积和淹没频率逐年变化信息,分析消落区及水域时空变化过程及阶段性特征。结果表明:汉江消落区呈上游宽下游窄的特征分布,消落区面积最为集中的区域位于中游的宜城-钟山口段,相对较少的区域位于下游的仙桃-汉川段。在过去30年间,汉江中下游消落区平均面积在76到256 km~2之间波动,水域面积在183～550 km~2之间变化,水域及消落区面积均呈波动特征并存在较大时空差异。汉江中下游总体淹没频率在1987～2001年间呈减小特征,2002～2017年存在增加趋势。汉江中下游大型水利枢纽工程库区的水域面积、淹没频率在水库建成后大幅度增加,消落区面积波动幅度减小;而非水库地区的水域及消落区面积无明显增减趋势。     

河口三角洲地表水文连通性研究进展

三角洲通常位于河流与湖泊、海洋等大型地表水体的过渡带,分布全球约8%人口。受地势低缓、流域来沙减少和海平面上升等多因素作用,三角洲系统被认为是诸多地表类型中高度敏感和脆弱的地带。近年来,地表水文连通性成为三角洲水文水动力领域新的热点问题。通过国内外相关文献调研,系统阐述了水文连通性概念、三角洲地表水文连通性组成以及三角洲形态和水文连通性的联系。研究表明:三角洲地表水文连通性可分为结构连通性、功能连通性和过程连通性;基于图论方法的结构连通性仅表征河网在三角洲水文连通性的作用,而功能连通性和过程连通性反映水文水动力要素的空间分布及其与气象等环境要素的耦合关系,但亟需有效的野外观测和调查数据;三角洲形态与水文连通性存在一定联系,部分形态指标可用于刻画三角洲地表水文连通程度。因三角洲具有高度时空异质性和复杂地形地貌等特点,从学科发展趋势和应用需求的角度出发,未来应综合采用野外观测、数理统计和数值模拟等多学科交叉的研究策略,为三角洲湿地生态系统应对当前快速变化环境等重大问题提供科学依据。     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

农地流转对农户农地投入影响的区域比较——基于江汉平原和太湖平原的实证分析

本文采用湖北省江汉平原6个县(市、区)和太湖平原5个县(市、区)的893份农户调查问卷,分析了农地流转对农户农地投入行为影响的区域差异。研究表明,在要素市场活跃的情况下,农户生产决策和消费决策是分离的,且生产决策优先于消费决策;在市场不活跃的情况下,农户生产决策和消费决策是相互作用的。农地流转规模和稳定性存在区域差异,因此农户农地流转的目标不同,进而使得农地流转对不同区域农户农地投入行为的影响不同。相对于经济较不发达的地区,经济发达地区的农户流转农地的规模相对较大,稳定性较高,其农业生产目标更多地表现为利润最大化,更有条件从事农业规模化经营,更有增加投入的动机。农地流转市场发育程度、农地流转的稳定性和规范性,对农户农地投入行为产生较显著的影响。因此,完善农地流转市场,规范农户农地流转行为,对引导农户对农地进行合理投入、促进农地可持续利用极其重要。     

城市化进程对长江下游平原河网水系格局演变的影响

以长江下游典型平原河网地区苏州市为例,基于1970s、1990s、2010s的遥感影像以及1960s、1980s、2010s水系数据,构建水系结构参数指标,重点探讨不同城市扩张方式对不同等级水系的干扰程度,以揭示城市空间扩展与水系结构演变的关系。结果表明:(1)城市扩展具有阶段性、趋向性,且受到自然环境和社会经济的影响与制约。(2)河网水系的改造和演化在不同城市化进程下表现出区域差异:近年来快速城市化区域的河网密度、水面率等水系结构指标变幅较大;80年代城市化区域变幅次之;进入高度城市化阶段的老城区,变化最小且稍有增加,其中近50年来河网密度在上述3个区域总体变幅为-21.06%、-16.23%以及1.88%。(3)河流结构发育受城市化进程显著影响,自然状态下河流长度与面积之比较大,河流结构更为稳定,而进入城市化阶段后,河流结构稳定性随之降低。该研究为城市化地区河流水系保护、城市规划及防洪减灾提供参考与理论支撑。     

太湖流域农业面源污染及控制研究进展

太湖及其流域的水环境质量呈现严重恶化趋势,农业面源污染是太湖流域水体环境恶化的主要原因之一.论文通过文献分析,总结了太湖流域农业面源污染的影响因素、相应的治理措施以及农业面源污染控制的特点.结果表明:①虽然太湖流域典型区域的面源污染影响及排污系数的研究较多,但是着眼于太湖流域整体的农业面源污染负荷总量的研究并没有明确答案:②农业面源污染的治理技术研究较多,但将这些自然科学成果应用到实际的管理实践中的政策研究较少;③对农田面源污染的研究较多,对畜禽渔业养殖废弃物处理的研究比较薄弱,并且两者没有很好地结合起来进行研究;④虽然已经有了一些关于农业面源污染控制管理的讨论,但缺乏管理实施标准的研究;⑤围绕农业面源污染治理的主要手段都与农户行为有关,例如土地利用方式、耕作方式等,但现在很少有从环境污染主体即农户行为的角度去研究如何减少环境污染.     

太湖五里湖沿岸带浮游植物群落生态特征(2014~2015年)

2014年7月~2015年6月对五里湖浮游植物开展了逐月调查,以研究综合治理后五里湖沿岸带浮游植物群落变化特征。本次调查共检出浮游植物8门196种,绿藻门物种最多(74种),硅藻门次之(57种)。优势种共6门30种,其中2014年7、8、9、10月和2015年6月的第一优势种均为蓝藻门的小颤藻,其优势度范围为0.567~0.879。时间上,浮游植物密度和生物量的月均值变幅分别为1.07×106~2.18×108 ind./L,0.32~50.52 mg/L,其中由于蓝藻的大量增殖,夏和秋初密度、生物量极显著高于其他月份;空间上,A区浮游植物密度和生物量显著低于其余3个湖区。Pearson相关性分析表明,藻类密度、生物量和物种数与水体浊度(Tur)、pH和水温(WT)呈显著或极显著相关关系;RDA分析表明,WT、DO和Tur是与浮游植物群落结构相关性较强的环境因子(p<0.01),其中相关性最强的为WT(r=0.8982)。依据浮游植物物种数和生物多样性指数对水质的分析表明：五里湖沿岸带水体处于中度富营养化水平。     

基于CA-Markov模型的鄱阳湖区土地利用变化模拟研究

以鄱阳湖区为研究区,采用Logistic回归测度不同影响因子与各地类之间的驱动作用,结合Markov预测构建适用于湖区土地利用变化模拟的元胞自动机模型,对模型精度进行检验并对湖区未来土地利用发展趋势进行模拟预测。结果表明:(1)2000~2010年湖区各地类变化幅度呈显著提升趋势,草地是最活跃地类,耕地面积大幅下降,城镇化扩张稳定;(2)不同影响因子对各地类的驱动作用方向与解释能力各不相同,整体解释效果良好,各个ROC检验值均超过了0.81;(3)CA-Markov模型整体Kappa系数0.85,点对点精度75%,模拟结果具有较高精度,其中模型对于林地、耕地及水域变化的模拟效果最优;(4)2010~2025年湖区各地类变化幅度有所扩大,但其变化活跃程度趋向稳定;(5)2010~2025年耕地、林地面积减少主要是城市建设用地的侵占所致,其它类型转变为居民用地的单向变化趋势显著,湖区城镇化进程大幅加速,主要集中在昌九一体化城市群区域;(6)2010~2025年草地、未利用土地面积增加主要集中在湖区各区县城镇边缘地带,城镇化进程中绿地保护措施效果明显,但仍容易造成耕地、林地抛荒等状况。     

基于水文连通分析的江湖关系研究进展

水文连通度具有自然和社会双重属性,但基于水文连通分析的江湖关系的综合论述尚不足,为此首先阐述了水文连通度的定义和分类;其次,归纳了横向水文连通度量化方法,并讨论了基于横向水文连通分析的江湖关系定义;最后,以洞庭湖为例,引出在人类活动干扰下,江湖关系逐渐发生变化这个问题,针对这一问题对未来进行展望,尝试建立江湖水沙变化、江湖关系演变在人为因素和气候变化综合因素影响下的响应模型,提出了可维持生态健康的工程措施,以期加强江湖的治理。     

长江源区浮游植物群落结构及分布特征

地处青藏高原腹地的长江源区是长江流域的水源涵养地和生态系统的天然屏障,同时也是自然生态系统最敏感、生态环境十分脆弱的地区,浮游植物作为水体生态系统中的初级生产者,其群落结构对反映水体质量具有重要的指示作用。为探究长江源区水环境特性和浮游植物群落特征,于2018年3月份与10月份对长江源区10个典型河段的水环境因子与浮游植物群落组成进行了系统调查。结果显示:10月份各调查河段流速、浊度、水温及电导率等水环境参数均比3月份高;同一月份中,楚玛尔河的浊度、盐度、电导率等水环境参数均显著高于其余河段;两个月份各调查河段的pH、溶解氧以及亚硝酸盐氮等指标差异不显著。采样调查共鉴定出浮游植物4门28属58种,其中以硅藻、绿藻和蓝藻物种数占优,分别占总数的79.3%、10.4%和8.6%。调查期间,长江源区浮游植物密度在6.06×10~4～39.90×10~4 cells·L~(-1)之间,平均生物量为0.59 mg·L~(-1)。浮游植物优势种有美丽颤藻(Oscillatoria formosa)、普通等片藻(Diatoma vulgare)、脆杆藻(Fragilaria sp.)、针杆藻(Synedra sp.)、舟形藻(Navicula sp.)、桥弯藻(Cymbella sp.)、小球藻(Chlorella sp.)等。两个月份Shannon-Wiener多样性指数(H’)均值分别为3.06和3.12,Margalef丰富度指数(D)均值为1.17和1.52,Pielou均匀度指数(J)均值为0.90和0.82。结合水体营养盐指标、浮游植物密度及多样性指数等指标对水质评价,长江源区水质总体呈无污染或轻度污染状态。     

水文连通性对湖泊生态环境影响的研究进展

水文连通性对湖泊水资源调节、水质净化和生态安全等具有重要作用,但同时也可能带来潜在风险。因而厘清水文连通性对其生态环境的影响规律,对于开展水文连通性修复工作具有重要指导意义。基于广泛的文献调研,介绍了水文连通性的定义与内涵,分别综述了水文连通性对湖泊水文水动力、水质、水生态系统影响的研究进展。在此基础上,总结归纳了水文连通性通过改变水文水动力过程影响生态系统的路径：一是直接改变生境面积、植被格局和生物迁移繁殖特征,二是通过改变水质和沉积物特征而作用于生物的生长发育及其体内污染物累积转化过程。最后,对水文连通性变化的生态环境效应研究进行了展望：(1)加强对垂向连通性的研究以及拓展不同维度连通性耦合转化研究;(2）借助水动力-水质-水生态耦合模型研究水文连通性变化下的生态环境效应;(3）开展水文连通性的生态环境风险研究,并基于生态环境效益和社会经济效益权衡确定适宜的水文连通性。