流域、生态区和景观构架及其在海河流域生态评价中的应用

流域、生态区和景观是评估大尺度区域生态质量的构架,阐述了三者合理结合的理论基础. 流域是解决水生态环境问题的整体性构架,但是流域研究的成果缺乏外推的依据. 生态区提供了合适的外推机制,与流域结合使用,可以解决小尺度成果的尺度上推和预测问题. 景观范围界定的主观随机性,使其可以与行政区、生态区和流域等空间范围结合,用于区域生态质量评估. 以海河流域为例,验证了流域、生态区、景观相结合的区域生态质量评估方法体系,包括3个步骤:流域生态区划分;建立以遥感影像为数据源的景观生态质量评价指标体系,并对生态区内的典型行政区开展景观生态质量评估;将评估结果外推到所在生态区. 以流域生态过程为核心整体统筹各生态区,提出上游山区水土保持、平原节水并修复河流和地下水系统、下游湿地保护并增加入海流量的水生态系统恢复对策.      

海河流域河流生态基流量整合计算

以海河流域为对象,对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究,提出了海河流域生态基流量的整合计算的基本原则,即:分阶段恢复原则、恢复模式原则、等级制原则和时空优化配置原则.海河流域生态环境恢复对象包括24条河段和12块湿地.根据河流生态基流量整合计算模型,计算得到海河流域的河流生态基流量:高方案为212.52×108m3·a-1,中方案为131.79×108m3·a-1,低方案为69.32×108m3·a-1.并计算3年内不同月份的生态基流量.在高中低方案中,生态基流量的最大值均在8月份,最小值均在2月份,按照从大至小的顺序依次为:8月份、7月份、9月份、6月份、10月份、5月份、11月份、4月份、3月份、12月份、1月份、2月份.建议管理部门首先保证低方案的生态基流量,充分关注枯水年份和枯水季节的生态基流量,加强监测和管理生态敏感性强的河段、湿地和河口.     

海河流域主要污染物排放强度及其源结构解析——以2007年为例

以海河流域污染源普查数据为基础,通过污染物排放量、排放密度和排放行业结构分析,系统解析流域污染源结构.结果表明,流域废污水来源复杂,污染物排放空间差异显著,工业行业结构性污染突出.流域北部废污水排放以生活污水为主,南部以工业废水为主,COD排放以工业源为主.污染物排放空间格局上,COD排放主要集中在北三河、子牙河及徒骇马颊河水系;氨氮排放在子牙河水系高度集中;重金属、氰化物、挥发酚仅在局部区域集中排放.污染物行业结构上,造纸、食品和石化是COD主要排放行业,占排放总量75%;石化、食品和皮革是氨氮排放主要行业,占排放总量80%;重金属主要排放行业为石化、皮革和冶金.根据污染物排放强度分布和排放结构,子牙河水系是海河流域污染治理重点区域,造纸、食品和石化行业是污染负荷削减重点行业.     

基于MODIS数据估算海河流域植被生态用水方法探讨

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和地面气象数据,建立了区域植被生态用水模型.通过地表温度和植被覆盖度的“现状”三角关系,应用该模型计算了地表温度植被覆盖度指数(ITVC),结合植被系数法计算了地表植被生态用水,并用该模型的计算结果分析了海河流域的生态用水.结果显示,基于“现状”三角法和植被系数法计算的植被现状环境用水与地表大型蒸渗仪实测结果较一致.海河流域植被生态用水具有明显的区域分布特征,西部山区和中东部黑龙港及运东平原和大清河淀东平原区植被生态用水量比较低,而在太行山山前平原、东南部平原以及北部燕山一带植被生态用水量比较高.     

三维生态足迹视角下塔里木河流域水土资源与生态承载状况评价

塔里木河流域是新疆发展、丝绸之路经济带的重要组成部分,明晰其水土资源资本利用及生态承载状况,对塔里木河流域的高质量发展具有重要意义。运用改进的三维生态足迹模型,核算塔里木河流域的生态足迹,并对人均区域生态足迹深度、广度变化进行分析;引入水资源压力指数、土地综合压力指数、生态压力指数,判断当前水资源、土地资源是否处于超载状态,并对塔里木河流域的生态承载状况进行评价。结果表明:1)2000-2019年研究区的人均生态足迹持续上升,由2.091 ha/人增加至5.864 ha/人,年均增长率为5.58%。生态赤字问题严重,20年增长了2.98倍。2)研究期内,区域人均生态足迹深度持续增长,由9.283增加到23.905。人均生态足迹广度增长了8.89%;3)水资源压力指数、土地综合压力指数、生态压力指数均>1,各类生产生活对生产性土地造成了严重负担,生态安全形势严峻。     

海河流域河流氮污染特征及其演变趋势

收集海河流域重点水功能区主要监测站点2000—2011年总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、亚硝氮(NO-2-N)指标的历史数据,并且实测2009年350个样点的氮素指标,以探明海河流域河流氮污染特征及其演变趋势.结果表明,海河流域氮污染现状严重,2011年TN、NH+4-N、NO-3-N和NO-2-N的平均浓度分别为7.92、4.25、1.28、0.013 mg·L-1,TN、NH+4-N超地表水V类水质标准现象严重(2.0 mg·L-1),其中海河干流水系、北三河(北运河、潮白河、蓟运河)水系和子牙河水系污染较重.在空间尺度上,海河流域氮污染沿山区-平原方向呈现出明显逐渐上升的变化特征.在时间尺度上,TN与NH+4-N浓度变化均在2005年与2011年出现峰值,TN浓度与NH+4-N、NO-3-N、NO-2-N浓度呈现极显著正相关(p0.01),NH+4-N是海河流域氮污染的主要污染因子.2000—2011年,NH+4-N劣V类(2.0 mg·L-1)站点比例整体上表现为减少趋势,由2000年的28.87%降为2011年的17.56%,劣V类站点NH+4-N浓度均值由2000年的7.91 mg·L-1降为2011年的6.50mg·L-1.在海河流域中,黑龙港运东水系、子牙河水系河流NH+4-N污染较重,各年平均浓度均超过地表水V类水质标准,NH+4-N平均浓度呈现随年份逐渐降低的趋势.在海河流域氮污染整体表现为好转的趋势下,氮污染的现状仍然严峻,需加强控制.     

太浦河流域锑污染环境风险评估

以太浦河流域为研究对象,从环境风险发生机理入手,分析流域内各环境风险要素之间互相影响及作用机制,基于环境风险受体、锑污染源和流域水文特征三方面构建环境风险评估体系,分析不同情景条件下流域发生锑污染的环境风险,并根据断面水质控制目标核算不同流量条件下流域的环境容量,为流域突发性水污染事件的应急响应和风险防范管理提供决策依据。     

赤水河流域生态状况与变化特征综合评估

从区域生态系统综合评估视角,对赤水河流域2001—2020年生态格局、质量和功能现状和变化特征开展定量评估,耦合社会经济指标,识别流域生态保护特点和空间分异规律。结果表明:赤水河流域上、中、下游各子流域在各评估指标中均表现出明显的梯度变化特征,流域下游生态本底最好,中游其次,上游最差。具体来看,流域下游生态格局和功能较为稳定,并且呈稳中向好的变化特征,如位于下游的大同河子流域以森林生态系统为主,生态质量指数为74.22,是整个赤水河流域中最高的区域。从生态保护与经济社会发展的协调性来看,下游体现出生态保护和民生改善\"双赢\"的特点;流域中游和上游生态格局和功能指标受干扰最大,部分子流域明显变差,如上游的倒流河河口至小河渡口子流域最为典型,单位面积水源涵养量年均降幅达到1.21万m3/km2,流域上游人均GDP增速最慢,仅为0.08万元/a,仅为流域中游人均GDP增速的1.9%,需要在加大生态保护力度的同时探索经济社会发展的新增长模式。     

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。     

内陆河流域生态补偿标准问题研究——以石羊河流域为例

通过深入剖析生态补偿与社会区位条件以及自然区位条件的关系,从公平的角度出发,分析了石羊河各流域区位条件对补偿标准制定的影响,在此基础上,利用2009 年石羊河流域各地区基础数据,建立生态补偿标准计量模型,计算各流域不同植被类型补偿标准。研究结论如下：①合理补偿标准不仅需要考虑各生态系统的差异性,还必须保障补偿者的承担能力和满足受偿者的基本要求,同时合理制定补偿标准也是区域人与自然和谐发展的基本条件;②生态系统提供的生态服务和经济行为存在空间异质性,因此应建立差别化、动态化补偿标准;③利用区位差异条件可以科学地制定区域间生态补偿的分配标准,有效避免以往生态补偿政策制定中的“一刀切”现象。     

A holistic approach for evaluating ecological water allocation in the Yellow River Basin of China

The characteristics and sustainable management of water resources on a basin scale require that they should be managed using a holistic approach. In this study, a holistic methodology called the holistic approach in a basin scale (HABS) is proposed to determine the ecological water requirements of a whole basin. There are three principles in HABS. First, ecological water requirements in a basin scale indicate not only the coupling of hydrological and ecological systems, but also the exchange of matter and energy between each ecological type through all kinds of physical geography processes. Second, ecological water requirements can be divided into different types according to their functions, and water requirements of different types are compatible. Third, ecological water requirements are related to a multiple system including water quality, water quantity, and time and space, which interact with each other. The holistic approach in a basin scale was then used in the Yellow River Basin and it suggested that 265.0 × 10⁸ m³ of water, 45% of the total surface water resources, should be allocated to ecological systems, such as rivers, lakes, wetlands and cities, to sustain its function and health. The ecological water requirements of inside river systems and outside river systems were respectively 261.0 × 10⁸ and 3.65 × 10⁸ m³.     

海河流域河流滨岸带入侵植物等级与分布特征

为了解海河流域河流生态系统的退化程度,进而为河流植被修复提供支撑,对河流滨岸带植被入侵物种开展调查,并分析其入侵等级、分布规律及成因. 调查了海河流域九大水系滨岸带402个样地的植物物种信息和主要环境因子,参照《中国入侵植物名录》确定入侵植物名单,根据物种的出现频率和以该物种为优势种的样地所占比例来评价植物入侵等级,并分析物种入侵与环境因子之间的关系. 结果表明:①海河流域河流滨岸带入侵植物共有48种,其中一年生草本植物占72.9%,并且以菊科、苋科、禾本科物种数最多. ②Ⅰ级入侵种为反枝苋(Amaranthus retroflexusn)、苘麻(Abutilon theophrasti)、小藜(Chenopodium serotinum)、鬼针草(Bidens pilosa)和鳢肠(Eclipta prostrata)共5个物种,出现频率超过25%;Ⅱ级入侵种为小蓬草(Conyza canadensis)、大狼杷草(Bidens frondosa)、圆叶牵牛(Pharbitis purpurea)等共11种;Ⅲ级入侵种共32种. ③各水系平均出现入侵植物23种,其中子牙河水系入侵植物种数最多,为33种;其次为滦河水系,为25种;漳卫河水系最少,为15种. ④海拔和堤外土地类型与植物入侵强度相关性最大,海拔与入侵植物的关系主要通过人口压力相关联.      

战略环境评价方法在多瑙河流域规划中的应用

战略环评是对政府政策、规划及计划的环境影响评价,是在政策、规划及计划出台和编制前期介入的一项有效的分析工具。但是,受技术方法、法律和政策等因素影响,战略环评方法在我国的应用仍处于起步阶段。本文归纳总结了战略环评方法的基本特征和步骤,并结合多瑙河流域规划的编制过程,系统说明战略环评方法的应用,最后针对战略环评方法在环境规划领域的应用提出了具体建议。     

Spatial distribution of ecological security status assessment of West-Liaohe River based on geographic information system

Eco-security assessment is a hot research area in resource and environmental science, which involves data with much spatial, non-linear, and random features. Geographic information system (GIS), as a useful tool to analyze and manage spatial information, has a superior advantage in this field. A case study in the western part of the Liaohe River featuring a method of eco-security spatial differences (ESSD) based on GIS is developed in this paper. The method includes four steps: 1) developing the pressure-state-response (P-S-R) framework with site data; 2) digitizing West-Liaohe River and setting its GRID database of ecosecurity assessment indicators; 3) figuring out the relative membership degree (RMD) of eco-security indicators by using the analytical hierarchy process with the weight of indicator; 4) classifying the security zone and mapping the assessment result of eco-security status in grid by GIS method of assigning and clustering. The visual spatial differences of eco-security based on GIS enables decision makers to know the status of eco-security better in making policies for achieving sustainability. __________ Translated from Environmental Science, 2005, 26(5): 28–33 [译自: 环境科学]     

西北干旱区典型流域生态系统服务价值变化

论文选择西北干旱区塔里木河流域、玛纳斯河流域、石羊河流域以及黑河流域4个典型流域为研究对象,以1994年土地利用分类图、TM影像,2005年CBERS影像数据为基础,参照谢高地等提出的\"中国生态系统服务价值当量因子表\",在对这4个典型流域生态系统服务价格根据其消费指数以及不变价格订正的基础上,逐项估计了这4个流域农田、森林、草地以及水体生态系统各项生态系统面积、服务价值及其变化。结果表明,这4个流域提供环境保护的支撑生态系统(森林、草地、水体)面积2005年普遍小于1994年,而农田生态系统面积增加显著,并且相对于较大面积的内陆河流域,小流域内各类型生态系统面积变动比较大,变动速度相对较快;塔里木河流域生态系统服务价值最大,具有较高的稀缺性,但黑河流域生态系统服务价值的增加幅度最大,这两个流域相比,黑河流域各生态系统的服务功能对于该区域人们的生活生产更为重要,影响更直接;塔里木河流域农田生态系统面积增加幅度最大,但其区域内人们对农田生态系统服务价值支付意愿的增长速度却保持最低,这说明该区域内部人们对这种生态系统服务功能的支付意愿与其资源丰富程度并不对称,需要加强宣传水土安全保护与生态经济发展的观念。     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

基于植被指数开展汉江流域生态恢复力评估研究

基于2001—2020年各年度增强型植被指数（enhanced vegetation index, EVI）数据,分析汉江流域植被覆盖变化情况,并计算汉江流域15万个1 km×1 km基本单元的2001—2010年、2001—2011年、2001—2012年直至2001—2020年的EVI变化斜率,采用指数衰减方法拟合EVI变化斜率维持正、负趋势的时间,分析汉江全流域以及564个子流域的系统恢复力,评估生态系统稳定性以及可持续发展程度。结果表明：2001—2020年,汉江流域EVI增长了12.3%,流域植被覆盖情况在逐渐变好;汉江流域整体生态恢复力较好,拟合得出维持正趋势的基本单元与维持负趋势的基本单元衰减时间差为65.3年;汉江流域生态恢复力总体上呈现上游高、中下游低的分布特征。     

基于景观格局的干旱内陆河流域生态风险分析——以石羊河流域为例

合理评估流域生态风险,对于优化流域景观格局、建立流域生态风险预警机制、降低流域生态环境风险、维护流域生态功能具有十分重要的意义。文章以干旱内陆河典型流域为研究对象,以三期遥感数据为基础,构建生态风险指数,结合ArcGIS的空间分析功能,对流域生态风险的时空特征进行分析,结果表明：1987-2010 年,流域景观发生较大了变化,草地面积减少12.73×10⁴ hm²,未利用地面积增加15.59×10⁴ hm²;将生态风险划分为5 个等级,其中低生态风险区向流域上游不断迁移,面积减少31.89×10⁴ hm²,较低生态风险区向上游和中游不断延伸,面积增加29.30×10⁴ hm²,高生态风险区向下游不断扩展,面积增加58.69×10⁴hm²;流域生态风险转换方式共有7 种,低向高等级转化的总面积为122.56×10⁴ hm²,高向低等级转化的总面积为6.12×10⁴ hm²,生态风险呈增高趋势。     

黄河流域生态补偿研究进展与展望

黄河流域是我国重要的生态功能区,在全国经济社会发展格局中具有重要作用。生态补偿作为保护流域生态环境、促进人与自然和谐的重要手段,在推动黄河流域高质量发展过程中具有重要作用。本文从流域区段、评价方法、影响效应、优化思路、保障机制等方面对黄河流域生态补偿的理论和实践成果进行了综述,同时提出加强多学科协同攻关、构建具有区域特征的生态补偿模式、加快建立以海定陆的生态补偿机制、注重生态损害形成机制和程度评估、加强构建多元化生态补偿保障体系等未来研究中需要深化和完善的几点建议,以期为中国经济高质量发展阶段黄河流域生态补偿的理论与实践研究提供启示和借鉴。