广西部分地区土壤侵蚀及防治对策

<正> 土壤侵蚀是由于人类不合理的经济活动引起的生态平衡失调,水、土、肥流失,生产力减低,从而威胁人民生产、生活的现象。它不仅会造成水土流失地区本身受害,而且会使江河中的流水暴涨暴落,流水中泥沙含量增加,淤塞水库、湖泊、旱涝成灾,影响灌溉、发电、通航,危害农业、工业、交通,甚至危及人民生命财产安全。     

流域风化层雨洪调蓄生态机理

风化层是陆地表面经各种风化作用而形成的疏松堆积层,是雨洪调蓄的天然场所,对流域水资源管理有着重要意义。从复杂开放系统论的观点出发,结合近年来国内外对风化层雨洪调蓄特征的研究,分析了风化层在流域雨洪调蓄中的生态机理。主要研究了风化层的概念、风化层雨洪调蓄的组成与时空结构;解释了风化层集水、蓄水、净水、养水、供水功能等方面的雨洪调蓄功能;分析了风化层与地形地貌、生境、地质、土壤、大气、能量以及人类活动等流域环境要素的生态关系。研究表明:(1)流域风化层具有重要的雨洪调蓄特征,是由其特有的物质组成与时空结构特征决定的,正常发挥风化层的雨洪调蓄功能,流域中的水为健康的"活水",不同流域风化层的物质组成和结构的时空变化极大,其雨洪调蓄功能的发挥机制也极其复杂,采用常规定量研究方法几乎不可能掌握其机理,应采用复杂开放系统理论和方法开展研究;(2)风化层是流域系统的一个子系统,与其它流域环境要素之间是相互联系和相互作用的,过去我们通常采用的"排水范式"解决局部问题以期改善整个流域系统问题的治理思路是行不通的,已不适应今后的风化层雨洪调蓄生态学研究,还极可能衍生新的系统问题;(3)将流域视为一个复杂开放系统,国外流域生态学家提出了生态结构(Ecostructures)的概念,强调流域系统自身生态能力的发挥,将土壤-植被-大气连续体(SVA)研究扩展到风化层-生境-能量连续体(RHE)的生态耦合研究。因此建议,采取"边学边做"(Learning by Doing)的流域适应性管理,应当是今后流域风化层雨洪调蓄管理的重要方向。     

城市雨洪管理实践需要生态实践智慧的引导

生态实践智慧是人类(个人、人群乃至社会)在对人与自然互利共生关系深刻感悟的基础上、成功从事生态实践的能力,是一种选择"正确的"生态知识成功进行"为善的"生态实践的能力。生态知识只有通过成功的生态实践,才可能转化为生态实践智慧。生态实践智慧通过巧妙连接各类生态知识与整体实践行动,不仅自古以来就引导着人类应对雨洪管理实践,还成就了众多造福万代的雨洪管理工程。在当下我国城市雨洪管理的实践中,它应该而且能够继续成为有效的引导者。     

北京城市土地利用/覆盖变化及其对雨洪调节服务的影响

深入认识城市土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响对于提升城市生态系统服务和雨洪管理具有重要意义。基于多期Landsat遥感影像,利用混合像元分解与人工目视解译集成的方法提取了北京市1991—2014年的土地利用/覆盖数据,模拟评估了不同降雨情景下的地表产流与雨洪调节服务,并分析了城市建成区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响。结果表明:1991—2014年,北京城市用地面积增长了1096.53 km~2,建成区内不透水面比例上升了9.83%。城市建成区雨洪调节服务总体呈下降趋势,1a、10a、25a和100a一遇降雨情景下平均地表径流调节率分别下降了5.37%、2.40%、1.75%和1.04%,一定程度上加剧了城市的雨洪产流风险。同时,城市新扩张区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响较老城区更强,贡献度超过84%。建议未来城市新区发展应合理配置不透水地表和绿地空间以提升城市雨洪调节服务。     

城市雨洪管控需要生态智慧的引领

针对频繁发生的城市洪涝,我国提出了建设海绵城市的策略,然而海绵城市建设能否解决当今城市面临的困境仍然存在许多不确定性。本文从城市雨洪的两面性、城市洪涝灾害形成之根源、城市规划者的责任、生态智慧在城市雨洪管控中的重要性和海绵城市建设等方面做了深入阐述,希望在海绵城市建设中运用生态智慧去实现管控城市洪涝和雨洪资源开发利用的目的。     

“城市-街区”尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响研究进展

在雨洪灾害频发和存量规划的背景下,阐明不同尺度下城市绿地景观格局与雨洪滞蓄效能间的关系与机制,成为实现有限城市绿地的最大雨洪滞蓄效能并提高城市防洪能力的关键科学问题。本文系统归纳了城市和街区尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响要素、作用机制和尺度差异。并基于研究结论差异致因和研究不足,指出未来应增加流域尺度研究、拓展三维绿地景观格局的研究,还应分别聚焦城市和城郊区域,针对不同雨洪敏感区和街区结构,建立具有雨洪过程指示意义的研究指数集合,以定量揭示城市和街区尺度的绿地景观格局对雨洪过程作用机理,为城市规划及城市雨洪安全格局构建提供理论指导。     

土地利用格局对SWMM模型汇流模式选择及相应产流特征的影响

城市下垫面土地利用格局与地形的复杂性将导致地表汇流模式的多变性。在城市雨洪管理模型中,不同汇流模式的选取对雨洪模拟结果产生重要影响,而这一影响往往被忽视。基于设定与巴中城市社区尺度相近的实验区以及巴中市的真实降水数据,并根据实验区土地利用格局特征,在SWMM雨洪管理模型汇水模块中设置Outlet、Impervious、Pervious 3种汇流演算模式及其演算面积比,分析了不同土地利用格局响应下的不同汇流模式选择对城市雨洪模拟结果的影响。结果表明:(1)Outlet、Impervious两种汇流演算模式下汇水区地表径流的模拟结果相同,但与Pervious演算模式下的模拟结果差异显著。在Pervious模式下地表径流相对另外两种汇流模式最大降低了52%,降雨下渗量提高了近1倍。(2)在Pervious模式下,演算面积比对汇水区地表径流模拟结果具有重要影响。在总不透水面(IA)面积一定的情况下,有效不透水面(DCIA)的减少引起非有效不透水面(UIA)的比率增加。这种土地利用格局的变化致使汇水区总径流量、径流系数显著下降,降雨下渗量逐渐增加,洪峰流量则呈先增后减的趋势,且在非有效不透水面(UIA)比率为30%和40%时(此时非有效不透水面与渗透面面积相接近),洪峰流量最小。对结果的分析表明了雨洪管理模型在小尺度汇水区上应用时,应根据土地利用格局特征选择相应的地表汇流模式。正确的评价和分析不同土地利用格局方案对地表径流的影响,从而更为科学地指导城市雨洪管理和海绵城市的规划与建设。     

基于韧性理念的中国城市雨洪管理研究热点与趋势

在中国洪涝灾害频发的背景下,海绵城市等雨洪管理实践有助于灾害的缓解,提高城市应对雨洪的“韧性”。韧性城市作为应对灾害风险的城市规划理念,已被应用于一些国家的雨洪风险管理中。本文基于韧性理念,运用科学计量分析工具CiteSpace梳理中国雨洪研究现状,从生态、工程、社会雨洪韧性3方面分析了雨洪管理热点与相关技术,发现在跨领域的雨洪系统管理、区域到街区间不同空间尺度用地调蓄管理方面存在不足,提出未来应构建以“生态-工程-社会”为核心,涵盖“区域-城市-街区”尺度,多技术集成为支撑的自适应韧性雨洪管理体系。     

基于灾害链理论的山地城市雨洪适灾空间建构——以巫山县早阳新区城市设计为例

研究表明,山地城市雨洪与滑坡、泥石流等地质灾害密切相关,而提升雨洪灾害的适灾能力建设已成为应对山地城市次生灾害频发的迫切诉求。以灾害链相关理论为支撑,围绕致灾因子、孕灾环境、承灾体3个灾害链关键要素,分析、归纳山地雨洪的灾害链及其链式的灾害演化关系和灾变路径,并在此基础上提出“灾害链断链”和“城市空间减灾”2个层面的雨洪减灾规划策略,从而达到降低雨洪灾害链频次,减少灾情放大,增大城市安全性的目的;进而以巫山早阳组团城市设计为例,探讨雨洪减灾规划策略的实践应用,以期为山地城市防灾减灾能力建设提供相应的理论指导与实践借鉴。     

分散式绿色基础设施对我国海绵城市建设的启示及研究进展

我国正通过海绵城市建设缓解城市“水浸街” 和内涝问题, 发达国家的雨洪管理经验对海绵城市建设的发展具有重要参考意义。通过文献查阅与实地调研相结合的方法对比我国与意大利若干城市的雨洪管理现状, 并讨论两地管理模式的相似性。在分析两地城市绿地空间布局差异的基础上, 归纳意大利雨洪管理实践中对海绵城市建设具有参考价值的经验和启示, 结合地区现状, 为海绵城市建设提供针对性建议。两国都主要采取由上至下的雨洪管理模式。意大利城市的分散式的绿地充分发挥了植物对雨水的吸纳功能, 其私人绿地占比较大的特点也能有效释放政府部门的维护压力。我国城市的绿地则相对集中, 住宅小区内海绵设施存在维护不足的问题。对此, 应因地制宜通过分散式绿色基础设施建设提高城市雨洪管理效率、积极鼓励公众在海绵城市建设过程中的参与, 并通过参考发达国家经验完善海绵城市建设的管理模式。     

基于暴雨径流管理模型(SWMM)的海绵城市低影响开发措施控制效果模拟

为解决城市化过程中遇到的水生态、水安全和水环境问题,以低影响开发(LID)为核心理念,我国提出了海绵城市这一新型城市雨洪管理概念.本研究利用芝加哥雨型和沈阳暴雨强度公式构建了不同重现期的降雨过程线,然后利用暴雨径流管理模型(SWMM)模拟分析了城市化前、城市化后和LID措施后3种情景方案的水文水质过程.结果表明: 随着降雨重现期的增大,LID措施减少的径流量逐渐增大,研究区径流量基本达到城市化前的水平.LID措施对总悬浮颗粒物(TSS)、化学需氧量(COD)的去除量较大,但TSS和COD排放量仍然远远高于城市化前,总氮(TN)和总磷(TP)的污染物排放量接近于城市化前的自然状态.随着雨强的增大,径流流速增大,LID措施消减的TSS、TP和COD量逐渐减小.     

广西南宁桉树人工林降雨再分配特征

为了解桉树人工林生态系统的降水再分配特征,改进桉树人工林经营方案,以提高林地保水保肥能力,本文依托广西南宁桉树林生态系统定位观测研究站,通过观测2015年7月—2016年5月历时11个月的尾巨桉林外降雨、林内降雨、穿透雨和树干径流,分析尾巨桉林冠降雨再分配特征。结果表明,研究期间的降雨总量1536 mm,穿透雨总量1042mm,占降雨总量68%;树干径流总量9.2 mm,占降雨总量0.6%;林冠截留总量490 mm,占降雨总量32%。月降雨量与穿透雨呈对数函数关系,当月降雨量超过25 mm即产生穿透雨;穿透雨和穿透率随降雨强度的增加而增加,当次降雨强度达暴雨以上时,林外降雨几乎全部形成林内降雨。在小雨、中雨、大雨和暴雨4种降雨强度条件下,累计降雨量与累计穿透雨均呈二次多项式递增函数,其中小雨和中雨的穿透雨初始时间滞后初始降雨分别约20min和10 min,而大雨和暴雨的穿透雨初始时间与降雨同步。树干径流虽在本文降雨分配计算过程中忽略不计,但其作用不可忽视。月降雨量与截留量呈递增幂函数关系,与截留率呈递减指数函数关系。     

不同路径台风或热带风暴对海南尖峰岭强降水的影响

利用尖峰岭气象站数 10 a间观测的历史资料 ,对尖峰岭暴雨特点、地形和不同路径台风和热带风暴对该地的暴雨量影响进行了分析。研究结果指出 :尖峰岭地区强降水主要来自台风和热带风暴的影响 ;其路径移向以尖峰岭为界 ,偏南和偏北台风所产生的雨量差异较大。尖峰岭暴雨产生除与天气系统密切相关外 ,地形也起到重要作用 ,而且暴雨量出现还与雨的来向有着密切的关系     

基于SWAT模型的北京平原区森林景观格局对雨洪减缓的影响研究

景观格局及其变化是影响地表径流及空间分布的重要因素,也是管理城市雨洪、治理生态环境的途径。以北京市平原区百万亩造林项目为背景,选取第一轮造林时间（2011、2013、2015、2017年）的遥感数据,以三环、五环、六环路为界,将平原区划分为核心区、中心区、近郊区、远郊区四个区域,分别分析整体及分区林地景观格局的变化。运用SWAT模型模拟不同格局对不同区域暴雨径流的影响,探究影响径流变化的主导林地景观指数。研究发现：1）平原区林地面积呈增长趋势,增幅为12.96％。除核心区和中心区的部分地区外,林地斑块更聚集、形状更复杂。2）百万亩造林工程对平原区雨洪风险的减缓有积极作用,但受城市建设及人类活动的影响,不同区域造林对径流的减缓强度与建设扩张的影响强度大小关系略有不同。核心区、中心区造林对径流的减缓强度大于建设扩张对径流的副作用,径流总量减小,减少比例为1.98％、4.29％。而近郊区、远郊区相反,径流总量变大,增大比例为0.09％与6.82％,其中远郊区建设扩张的强度是影响平原区径流风险的主导原因。3）不同区域雨洪减缓的关键性林地景观指数不同。核心区径流的主导林地因子为斑块数量与形状因子,中心区为面积因子,近郊区为聚合度因子和形状因子,远郊区为面积与聚合度因子。主导林地因子的大小调控将更高效的减缓雨洪风险。本研究通过SWAT模拟分析得到第一轮造林期间平原区森林格局与径流特征的空间变化及各区域径流减缓的关键性林地因子,为第二轮造林提高雨洪减缓功效提供参考。     

应对城市雨洪危机的郊野公园营建策略探析——以夹河郊野公园为例

基于城市雨洪和中国郊野公园的发展概况与现状问题,结合国内外研究与实践阐述了郊野公园应对城市雨洪危机的必要性。以获得国际、国内多个奖项的烟台市夹河郊野公园项目为例,在剖析城市水问题的基础上确立设计目标与理念,提出了高效能应对城市雨洪与低成本建设郊野公园的营建策略,并从水资源、水安全、水环境和水生态方面总结了项目绩效。最后提出了新时代郊野公园建设的要求,以期为同类研究和项目实践提供有益借鉴与参考。     

中国海绵城市——一座巨型绿色屋顶实验室

绿色屋顶是雨洪管理中一项重要的低影响开发（LID）措施。由于气候变化和城市快速发展,LID雨洪管理策略对于当下全球的城市设计都至关重要,尤其是在经济蓬勃发展历来又饱受洪水灾害的中国。气候变化导致降水事件及雨水径流峰值流速难以准确预测。面对建筑布局日益稠密、不透水下垫面日益增多的中国城市,设计师们需要随时做好应对城市雨洪问题的准备。2015年提出的“海绵城市”战略为在城市尺度下应用和监测绿色屋顶效益提供了机会。目前业内大多数国际性绿色屋顶的研究应用都局限于小型控制实验区,借海绵城市建设之东风有机会将应用实验扩展到城市规模。中国雨洪管理智慧的历史可以追溯至5 000年前,现今中国正处于成为大尺度绿色屋顶实践世界领先者的机遇期。因此,LID应是城市设计的驱动力量而非事后补救措施。景观设计师不仅能够从场地、城市和区域3个层面上对场地及其周围环境进行全面解读,而且对需要实施LID的其他因素也有全面认知。为探究中国雨洪管理结构提供了新的视角,对景观设计师如何参与LID实践提出了建议。     

长江中下游地区暴雨特征及洪涝淹没风险分析

利用1961—2012年长江中下游区域73个气象站日降水量数据,分析了长江中下游暴雨强度和最大连续降水的特征、空间分布和年际变化趋势,获取了不同暴雨重现期的暴雨强度。在此基础上,利用改进的Wet Spa Extension模型,模拟了长江中下游不同潜在暴雨发生频率和连续强降水情景下的长江干流和出口断面的产汇流和洪水演进过程,分析了不同暴雨重现期的暴雨强度和连续性强降水对长江中下游干支流、湖泊、沼泽地和农田的洪涝潜在淹没范围、深度空间分布。结果表明:沿长江的湖北、安徽、江西和江苏是长江中下游地区暴雨多发区;近50多年来,暴雨日数和最大日暴雨量表现为不显著性增加趋势;研究区"百年一遇"、"五十年一遇"和"十年一遇"等暴雨重现期的暴雨强度分别为220、190和120 mm·d~(-1);最大连续强降雨量超过400 mm;"百年一遇"暴雨形成的洪涝对研究区低洼区淹没深度1.0±0.5 m的面积可达4.3×10~4km~2,其中农田淹没面积占83.7%;"五十年一遇"的暴雨形成的洪涝对研究区淹没深度1.0±0.5 m的面积可达2.6×10~4km~2,其中农田的淹没面积占74.1%;"十年一遇"暴雨形成的洪涝对研究区淹没深度1.0±0.5 m的面积可达1.6×10~4km~2,其中,农田淹没面积占65.1%;大于400 mm连续性强降水形成的洪涝对研究区农田、湿地等低洼区平均淹没深度1.0±0.5 m的区域面积可达到6.7×10~4km~2,其中,农田的受淹面积占88.1%。暴雨洪涝淹没空间分布结果有助于长江中下游地区不同暴雨强度下暴雨洪涝的防控、风险分析和灾后评估。     

别拉洪河流域湿地鸟类丰富度的空间自相关分析

人类的开垦和开发活动使湿地生物多样性遭到严重的干扰和破坏,随着人们对湿地功能和价值的正确认识,湿地生物多样性保护越来越被广泛关注,湿地生物多样性空间分布格局及其影响因素是湿地生物多样性保护要解决的关键问题。利用空间自相关与空间滞后模型,对三江平原别拉洪河流域湿地鸟类丰富度的空间自相关性及其驱动因子进行了研究,结果表明:别拉洪河流域湿地鸟类丰富度及其驱动因子都具有明显的空间自相关性;影响别拉洪河流域湿地鸟类丰富度空间分布的主要因子是干扰度、生境类型数、到道路的距离、到沟渠的距离、到湖泊的距离、到居民点的距离、海拔高度、坡度和人口密度;由于受空间自相关的影响,空间自回归模型优于传统的回归模型。研究有助于人们更好地理解湿地生物多样性保护的热点地区及其形成机制,对人们更好地保护和利用湿地生物多样性具有重要价值,同时也为研究湿地鸟类分布与环境因子的关系,建立预测物种分布模型提供科学依据。     

晋西黄土区不同植被覆盖流域的水文响应

为了研究不同植被覆盖对流域径流的影响,以晋西黄土区蔡家川流域内的天然次生林流域和人工林流域为对象进行了对比分析。结果表明,天然次生林流域的年径流量、雨季径流量均小于人工林流域,天然次生林流域的年总径流量、雨季径流量分别是人工林流域的58.57%、48.04%,年地表径流量、雨季地表径流量分别比人工林流域减少了82.95%、81.12%;人工林流域的基流量为零;在短历时高雨强的降雨形式下天然次生林流域的削洪效应显著,其单位面积洪峰流量比人工林流域减少了83.41%;不同植被覆盖下径流对不同雨型的响应不同,人工林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的10.08倍、3.35倍,天然次生林流域在A型雨条件下的单位面积洪峰流量是B、C型雨的6.79倍、1.64倍。     

基于GISP模型的城市绿色基础设施多功能性评估

绿色基础设施建设是加强城市生态弹性力的重要手段之一。绿色基础设施多功能性是实现城市生态系统服务功能综合效益最大化的前提,这一点已被众多学者认可。构建绿色基础设施规划(GISP,Green Infrastructure Spatial Planning)模型,基于绿色基础设施的雨洪管理、绿色空间可达性、净化空气、缓解热岛效应、景观连通性五大功能指标,开展城市绿色基础设施多功能性评估,明确合肥市绿色基础设施的高需求地区,探讨绿色基础设施不同功能之间的权衡和协同关系。结果表明:合肥市东北部对于绿色基础设施缓解城市热岛效应、净化空气的需求最强烈,城市一环区域对于绿色基础设施的雨洪管理需求最为强烈,城市东部、南部对于绿色基础设施的绿色空间可达性需求显著;总体而言,绿色基础设施选址的热点区域为城市一环内及东北区域;绿色基础设施的雨洪管理、缓解城市热岛和净化空气间存在着协同关系,与景观连通性之间存在着权衡关系;运用GISP模型评估合肥生态空间体系控制规划以及合肥市域空间绿道网络系统建设总体规划,规划中绿地选址不在绿色基础设施的高需求区域,也没有在战略上整合绿地多功能的生态系统服务、获得更大的生态弹性力。