湖北省土地利用减碳增效系统仿真及结构优化研究

土地利用变化是引起碳排放的重要原因之一,土地经济效益是利用土地的目标之一,如何通过优化土地利用结构实现土地利用减碳增效是值得研究的重要问题。基于系统结构与功能相互作用的视角,梳理复杂系统内变量间的反馈关系,运用系统动力学(SD)进行建模,将约束条件纳入到多目标规划(MOP)中,实现MOP与SD模型整合,进行系统仿真并得出优化后2020年湖北省土地利用结构。结果显示,利用SD-MOP模型能够实现减碳增效目标下土地利用结构优化,与2008年真实值相比,耕地、林地、牧草地及建设用地分别增加了0.33×10~4、30.17×10~4、0.08×10~4和16.37×10~4 hm~2,其他农用地及未利用地分别减少7.23×10~4、33.15×10~4 hm~2;与无约束SD单模型仿真相比,土地利用碳排放量减少了58×10~4 t,经济效益年增长率维持在3.58%,优化方案具有可行性。SD-MOP模型优化的土地利用结构符合区域可持续发展要求,兼顾了土地利用碳减排和经济效益增长的双重目标,能为区域土地资源优化配置提供参考。     

运动消耗对草鱼幼鱼游泳能力的影响

以草鱼幼鱼（体长80~97 cm,体重96~134 g）为研究对象,采用实验室专利装置研究了不同运动消耗状态下的草鱼幼鱼游泳能力。结果表明：在正常状态下草鱼幼鱼的临界游泳速度[WTBX]（Ucrit）为711±060 BL/s,耗氧率（MO2）与流速（U）方程拟合为MO2=4705+419U123,耗氧率随着流速的增大而增大,且草鱼的有氧运动效率较高。在4种运动消耗状态（06Ucrit、08Ucrit、10Ucrit、12Ucrit）流速下运动1 h草鱼的消耗后临界游泳速度（Upcrit）分别为：725±135、633±06、626±08、560±04 BL/s,临界游泳速度随着前期消耗流速的增大而减小,相应的耗氧率方程拟合为：MO2=38269+465U144,MO2=44526+4223U146,MO2=46611+4790U149,MO2=60034+3883U151。运动消耗会导致草鱼的有氧运动效率降低,同时随着运动消耗速度的增加有氧运动效率随之降低。研究结果认为在设计以草鱼为主要过鱼对象的过鱼设施时,鱼道内的流速不应大于08Ucrit,以使鱼类顺利通过。针对不同过鱼对象游泳特性进行设计的鱼道能够提高鱼类通过鱼道的效率     

基于Landset TM/ETM 和HJ 1A/B影像的丹江口水库水域变化监测研究

位于湖北和河南两省交界的丹江口水库是南水北调中线工程的水源地,水库的水域变化监测与评估,对保障水库调水能力具有重要意义。收集了2002~2011年47幅Landsat TM/ETM和HJ 1A/B卫星遥感影像,采用基于阈值分割的归一化水体指数法（NDWI）提取了过去10 a的水库水域动态信息。结果表明：水库各月份平均水域面积从12月至次年3月,呈现下降趋势,而从3月到12月,呈现波动上升的趋势,最小水域面积出现在3月份,最大水域面积出现在12月份;由于受上游明显季节性降雨及水库运行管理的影响,丹江口水库丰水期（7月~次年1月）水域面积较枯水期（2月~6月）波动更为明显。而四季之中,春夏季节水库水域面积相对稳定,秋冬季节水域面积波动较大。针对枯水季节水库水量少的情况,管理部门应该加强监测力度,合理调蓄,保证水库的供水能力。从过去10 a整体来看,水库水域面积基本维持在300 km2以上,通过分析水库水域面积波动较小、影像积累最多的5月份遥感影像,发现水库水域面积呈现增长趋势,并且在枯水期、丰水期和过去10 a整体上都呈现了不同程度的增长趋势;此外,水库蓄水新增的水域面积主要集中在水库东、北部地区,应加强对这部分地区的生态恢复和环境监测     

城市工业COD总量优化分配研究

总量控制是控制污染源发展趋势、改善环境质量、实现经济社会可持续发展的重要途径,如何在适度公平的基础上寻求环境、经济、技术、资源等整体最优是环境科学领域的研究课题。本文以工业城市苏州市为例,研究其工业化学需氧量的排放特征,以基尼系数法分行业对其工业化学需氧量排放量的公平性进行评价,并将总量控制与资源、社会和经济相联系,以行业经济效益最大化和增加治理投资费用最小化为目标,利用多目标行业总量优化分配模型对苏州市的工业化学需氧量排放总量进行优化分配。研究结果表明,纺织业、化学原料及化学制品制造业、能源和水的生产与供应业、造纸及木材加工、医药制造业等行业是苏州市的化学需氧量重点排放行业,经优化分配后,COD排放总量削减了10%,新鲜用水量减少了41.81%,行业年总产值增幅达到214.69%,资源和水环境容量在满足一定的经济增长速度的条件下实现优化配置,总量控制制度在市场经济体制下发挥出尽可能大的环境效益和经济效益。     

怀洪新河太湖新银鱼国家级水产种质资源保护区生境及渔业群落多样性研究

根据2014年6月和12月在怀洪新河太湖新银鱼国家级水产种质资源保护区现场调查数据,对保护区生境及渔业群落进行了研究。保护区主要水质指标达到Ⅲ类标准,TN为制约因素。保护区共分布有水生维管束植物24种,其中沉水植物、挺水植物、漂浮植物和浮叶植物分别占41.67%、33.33%、16.67%和8.33%。现场调查共采集到鱼、虾类37种,包括鱼类33种、虾类4种,分别隶属于8目15科35属。群落结构以淡水定居性物种及杂食性物种占优,夏季优势种为日本沼虾、红鳍原鲌和刀鲚,冬季为鲫、鲢和鳙。夏季各种网具中采集的渔获物均重变幅为0.12~114.32 g,冬季为4.07~696.70 g。保护区成鱼(虾)资源密度为20.18万尾/km2和10 440.8 kg/km2,幼鱼资源密度为534.58万尾/km2和587.8 kg/km2。冬季资源密度显著低于夏季,数量及重量密度仅分别为夏季的6.94%和30.93%。基于渔获尾数的多样性特征值为:丰富度指数(R)3.812 0,信息指数(H’)1.496 0,优势度指数(D)0.409 9,均匀度指数(E)0.124 0。克氏原螯虾在保护区内广泛分布,对其危害性应加以重视。     

洞庭湖区血吸虫病疫水人水相互作用关系及防控方案研究

研究洞庭湖区血吸虫病人水相互作用关系及传染防控,是推进湖区社会经济稳定健康发展的重要保障。从水文情势、产业发展、居民行为、城乡建设四方面探讨了洞庭湖区血吸虫病疫水人水相互作用关系,并运用系统动力学模型,设置教育优先方案、生态保护优先方案和城镇化推进方案对其防控方案进行系统仿真模拟和对比分析,研究结果表明:(1)水文等生态因素对于人水接触的影响逐步减少,而社会经济因素则显得越来越重要。(2)系统动力学模型能有效展示血吸虫病各影响因素之间的关系,是研究血吸虫病防控的有效方法之一。(3)依据仿真模拟结果,城镇化推进方案是经济增长、城乡协调、环境友好的最优血防方案。     

湖北省生态足迹和生态承载力时空动态研究

研究湖北省内部可持续发展的趋势,以2005年、2010年、2013年统计数据为基础,应用生态足迹分析法核算湖北省17个市(州、林区)在三个时间节点的生态足迹与生态承载力,对各地区生态足迹和生态盈亏状况从时间和空间上进行动态研究。研究结果表明:湖北省17个市(州、林区)的总生态足迹和人均生态足迹呈迅速增长趋势,其中中部地区增长最快;2005年生态赤字最为严重的地区集中于以武汉为代表的中东部,2013年生态赤字最为严重的地区集中于中西部,生态赤字空间分布的重心逐渐由东部向西部转移;6种生态生产性土地增长速度由快到慢依次是建筑用地、化石能源、草地、水域、林地和耕地,其中潜江、恩施、天门、仙桃、黄冈等地建筑用地生态足迹增速最快,十堰、鄂州、黄石、荆州、荆门等地则是水域生态足迹增速最快,草地、水域、化石能源用地和耕地的生态足迹增长共同决定各地区人均生态足迹的变化趋势。     

长江中游城市群经济与生态成本空间演化模式分析

综合运用变异系数、泰尔指数及ESDA-GIS多种方法,在充分考虑传统经济影响因子的基础上,尝试引入经济发展生态成本指标,分析长江中游城市群经济综合发展水平与生态成本的空间匹配及演化模式。研究表明:经济综合发展水平高低聚集特征明显,空间极化现象是导致区域经济发展不平衡的主要原因;生态成本空间集聚现象以高高集聚和低低集聚为主,且呈现出高高集聚减少、低低集聚增多的现象,生态成本消耗有所改善;2001~2012年长江中游城市群市域经济综合发展水平与生态成本表现出越来越显著的差异化空间格局,呈现出由低经济综合发展水平-低生态成本过渡到高经济综合发展水平-高生态成本,进而发展到高经济综合发展水平-低生态成本的空间匹配模式的阶段性特征;高经济综合发展水平-高生态成本的经济发展模式仍在大部分城市中存在,经济与生态空间协调发展的潜力仍然很大。     

三峡蓄水前后宜昌–城陵矶水情多尺度变化特征分析

采用Morlet小波分解重构和频谱分析等方法,对宜昌、枝城、沙市、监利和城陵矶1997~2014年水位和流量及三峡水库2003~2014年入库、出库流量和库水位数据进行了统计分析,探究了各水文站在三峡建坝前后水情的变化特征及原因。结果表明:各观测站的水位和流量沿程递减,水位的年内波动处同一水平,研究河段内上游河段流量年内和年际变化比下游河段剧烈;各水文站水位和流量变化的显著周期为6.05、11.78、21.2、30.29和53个月,各水文站水位1 a周期变化幅度均在2 m以上,其他周期上的变化幅度为0.08~0.82 m;三峡水库蓄水活动对下游水文站水位和流量等水情的影响有限,主要反映在对水情趋势项的影响上,三峡大坝蓄水后,各水文站水位和流量受到一定程度影响,呈波动性递减变化。     

长江经济带后备适宜建设用地潜力

随着中央政府将长江经济带发展提到国家区域战略的新高度,其对建设用地的需求将进一步增加。作为客观反映地区剩余或潜在建设用地对未来人口集聚、工业化和城镇化发展承载能力的指标,后备适宜建设用地潜力成为决定研究区域能否持续稳定发展的关键因素。基于此,本文根据后备适宜建设用地的计算方法和评价技术流程,测算了长江经济带后备适宜建设用地潜力,并对其空间分布特征进行了分析。结果表明:长江经济带后备适宜建设用地面积为85 672.35 km2,约占研究区总面积的4.18%,总体潜力不大,空间上呈现出长江北部高于南部,中游、下游、上游地区依次递减的分布趋势;人均后备适宜建设用地0.22亩/人,下、中、上游地区呈现出依次递减的趋势;四川盆地、两湖平原、皖北等区域的后备适宜建设用地潜力较大,长三角、大城市市辖区以及川西地区不仅后备适宜建设用地较缺乏,人均后备适宜建设用地面积也较低。