基于生态保护目标的疏勒河中游绿洲生态环境需水研究

以疏勒河中游绿洲为研究对象,基于RS和GIS技术,选择1990年、2000年和2013年Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,并确定了中游绿洲2020年和2030年生态保护目标。根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了现状和保护目标下流域中游绿洲生态需水量,从而为区域水资源合理配置和生态系统的协调发展提供参考依据。通过计算得出了疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量。同时得出疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲最大、最小和最适生态环境需水量分别为7.42×10~8、7.09×10~8、7.29×10~8,8.24×10~8、7.91×10~8、8.11×10~8m~3和9.12×10~8、8.79×10~8、8.99×10~8m~3。2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲生态环境需水量年内变化主要集中于5—8月,累积生态环境需水量占全年的比例分别为58.01%、58.08%和58.13%;疏勒河中游绿洲生态环境需水量瓜州所占比例相对较大,玉门相对最小,敦煌介于二者之间。     

海河流域生态需水核算

从生态系统角度分析了生态需水内涵和生态需水与生态用水概念的差别。探讨了海河流域自然陆地、河流、湿地、城市 4种生态系统类型生态需水核算方法 ,并对其生态需水量进行了核算。大气降水首先被天然植被利用后形成地表径流 ,才能被人类管理利用来满足经济水量和生态水量需求。从水资源管理来说 ,河流、湿地、城市等生态需水来源于径流性水资源可称为狭义生态需水 ,而包括利用降水性水资源的天然植被生态需水在内的全部生态系统生态需水可认为是广义的生态需水。狭义生态需水是水资源管理及生态需水研究和关注的重心。研究结果表明 :海河流域河流生态需水 31.6 4× 10 8m3,占多年平均天然径流量的 12 % ;湿地生态需水为 34.31× 10 8m3,占 13% ;城市生态需水量 10 .83× 10 8m3,占 4 .1% ,3项合计占径流总量的 2 9.1%。生态需水量是一个动态的值 ,随生态保护目标的提高和经济的发展核算结果必然发生变化 ,维护生态环境质量的状况不同 ,也存在最大、最小生态需水量的阈值问题 ,此类问题需今后进一步研究     

马拉河流域植被生态需水特征及估算

生态需水是生态用水控制和区域生态环境恢复建设的基本依据。马拉河流域拥有世界著名的生态系统，植被生态需水占流域总需水量的很大一部分。基于1980—2020年ERA5气象数据、叶面积指数(LAI)与世界土壤数据库数据，采用Penman-Monteith法计算了马拉河流域四个季节(短旱季、长雨季、长旱季、短雨季)植被生态需水量的时空变化特征。在此基础上，使用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和卷积神经网络(CNN)3种机器学习方法与7个环境因子(气温、降水、10 m风速、LAI、太阳辐射、相对湿度、地形)建立了回归模型，分别估算了2011—2020年逐年不同季节的植被生态需水量，并与Penman-Monteith法计算结果进行时间序列拟合度和空间相似性的比较。结果表明：马拉河流域植被生态需水量在过去40年所有季节都呈现为波动变化，植被生态需水量长雨季>长旱季>短雨季>短旱季，长雨季的植被生态需水量约为短旱季的1.5倍。不同季节均呈现出上下游高、中游低的植被生态需水量空间分布格局。LAI为最大的正影响因子，风速为最大的负影响因子。就不同方法估算的植被生态需水量准确性而言，...     

黄河流域城市生态环境需水量案例研究

根据城市生态环境需水量研究的需要 ,将黄河流域城市分为 5个类别 ,基于降水量和水资源量概念两个研究平台计算黄河流域城市生态环境需水量 ,并对其影响因子进行分析。结果表明 :1基于降水量概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为7.95 5× 10 8m3,其中城市绿地和河湖最小需水量分别占总需水量的为 39.1%和 6 0 .9% ;基于水资源概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为 6 .0 4 3× 10 8m3,占黄河流域城市市区供水总量的 12 .86 %。 2城市类别与城市生态环境需水量密切相关 ,随着城市级别的降低 ,基于降水量和水资源量概念的黄河城市最小生态环境需水量均呈现出逐渐减少的趋势。3黄河流域城市生态环境需水量表现出明显的空间差异性 ,黄河中下游地区形成城市生态环境需水量的高值区。4黄河流域城市生态环境现状用水量为 2 .876× 10 8m3,最小缺水量为 3.6 6 2× 10 8m3,其中城市绿地和河湖的最小缺水量分别为 0 .84 9× 10 8m3和 2 .830×10 8m3,亟需对黄河流域城市绿地和河湖系统进行补水。 5城市生态环境需水量与需水主体的状况密切相关 ,并受到城市面积、人口和 GDP等社会经济发展指标的深刻影响 ,而降水量、蒸发量和水资源量等自然条件对城市生态环境需水量的影响较小 ,体现出城市生态环境需水量人控     

水文变异下长江荆南三口河道内生态需水量变化及贡献因素

基于1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份.在此基础上,运用GEV概率密度最大流量法计算荆南三口河道内生态需水量,并从多时空尺度视角分析河道内生态需水量的时空差异及其贡献因素.结果表明: 研究期间,新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺水文站的第一次径流突变年份分别为1990、1959、1959、1972和1972年,并将第一次突变以前的月均流量序列作为水文变异前的水文序列.在水文变异条件下,长江荆南三口1—12月的各月生态需水量分别为69.63、26.15、55.65、452.65、2166.44、4660.83、10875.66、9966.49、7868.38、4773.60、1655.01和338.49 m³·s^-1.新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺5个水文站的年均生态需水量分别为901.57、507.00、221.30、1438.03和581.62 m³·s^-1.水文变异后,荆南三口满足河道内生态需水的频率大幅下降,由变异前的55%以上下降至变异后的20%以下,生态需水缺乏现象严重.影响荆南三口河道内生态需水时空变化的因素主要为不同时期水利工程、各行业用水量等人类活动.     

基于农业气象学原理的林地生态需水量估算——以泾河流域为例

从农业气象学原理出发 ,森林植被的生态需水可以理解为林地的蒸散耗水量。根据土壤水分有效性的划分 ,林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限 ,据此可以作为林地最小生态需水定额和适宜生态需水定额计算的依据 ,其数值通过计算林地的潜在蒸散并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得。根据遥感图像资料 ,在 GIS支持下 ,计算了泾河流域现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量 ,分别为 2 0 396 0× 10 4 m3和340 330× 10 4 m3。     

西南纵向岭谷区河道生态需水计算方法

西南纵向岭谷区流域独特的地理地貌、气候气象、生态水文以及人文社会环境决定了河道生态需水计算的特殊性。时空尺度上的跨越性及梯度效应决定需要从时空以及频度尺度上进行河道生态需水量的界定,在进行区域生态特征分析的基础上提出了生态径流．需水系数综合计算河道生态需水量模型;基于河道生态特征、功能、结构以及社会环境与河道生态需水量间的相互关系,构建了河道生态需水评估指标体系,包含生态需水特征分析指标、需水影响要素分析指标以及需水趋势分析指标3部分,为进行河道生态需水计算提供定量计算与定性分析依据;根据河流水文情势的周期性变化,提出变异系数与生态特征指数综合设定河道生态需水等级系数的方法;考虑到水文情势的自然摆动,提出了生态径流量的频度计算方法;本文并以澜沧江为例就有关的过程进行说明。     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

内陆河干旱区生态需水分析

根据水分驱动生态演变模型 ,以水分运动和补给条件 ,研究了内陆河平原生态系统的需水结构。生态需水分为过渡带生态需水 ,绿洲生态需水 ;绿洲生态需水又进一步分为天然绿洲生态需水和人工绿洲生态需水。通过流域水分平衡和地面观测资料确定了生态圈层结构的水分需求 ,以及降水与径流对水分需求的补给比例。生态需水的分析计算 ,类似于供需平衡分析。从植物生理角度分析生态需水 ,得到天然植被的总腾发量 Et,作为植被生态需水总量。各典型天然植被的 Et通过实验资料获得。将植被和水面的总生态需水量扣除有效降水补充的部分 ,即为径流性生态需水量 GE。另一方面 ,以流域为单元进行降水和径流统一考虑的水分综合平衡 ,进行生态可利用水量分析。得到生态系统可能实际利用的径流性水资源量 GR。　　将生态需水量 GE与生态系统可能实际利用的水资源量 GR进行平衡分析 ,计算实际生态耗水 ,并分析盐碱地无效耗水。根据 2 0 2 0年生态状态情景分析 ,作出了 2 0 2 0年生态需水与生态系统结构演变的预测     

澜沧江(云南段)河道生态需水量计算

综合分析澜沧江地理地貌、水文气象以及人类活动等现状特征,将澜沧江河道分为三区五段九大支流,并根据需水特征选取了上游旧州、中下游戛旧、下游允景洪3区作为研究区。在多年逐月实测径流量数据的基础上,通过运用生态现状的时空分析比较、数据资料的集中趋势以及离散程度分析等方法设定了河道生态需水等级系数;在通过对澜沧江径流量集中与离散程度分析的基础上,选择了频度法进行生态径流量的计算;综合河道生态需水等级系数与生态径流量进行澜沧江河道生态需水的计算,并对澜沧江汛期与非汛期河道生态需水量进行了分析计算。通过综合分析比较,结果显示澜沧江河道最小、适宜以及理想河道生态需水量分别为161·77×108m3、278·22×108m3、358·82×104m3,占澜沧江多年实测平均径流量(567·76×108m3)的28·49%、49·00%、63·20%,占澜沧江多年径流量(765×108m3)的21·15%、36·37%、46·90%。     

基于生态系统服务供需的雄安新区生态网络构建与优化

城市生态网络构建是城市生态系统服务有效发挥作用的保障,构建完善的生态网络对于城市生态格局的优化具有重要的意义。结合雄安新区总体规划,通过雄安新区生态系统服务供给、需求两个层面识别生态源地。基于源地-缓冲区-廊道-节点框架,构建新区生态网络。其中,基于生态源地与城镇用地驱动因子,运用最小累积阻力方法得到累积阻力差,构建新区三生空间布局。根据成本距离分析和路径分析,结合雄安新区规划绿带分布,生成生态廊道,并在廊道与廊道交汇点、重要生态功能与脆弱的关键点以及道路轨道交汇点识别生态节点。得出：（1）新区生态源地主要位于白洋淀、公园绿地与其他绿地,分为水域生态源和林地生态源两类生态源地,面积总共728 km²。城镇源地主要位于新区东部容城县与雄县城区以及一些零星的农村居民点区域,面积为166 km²。（2）在新区三生空间布局下,加强生态廊道的构建,提升生态源地之间、生态源地与城镇源地之间的连通性,新区生态廊道主要依赖河流廊道和林地廊道两种类型。（3）在新区未来生态网络的建设中,需要重点关注河流廊道交汇点、河流廊道与城区的交汇处、交通道路与生态用地交汇处等的生态节点的建设及其生态功能的提升。     

基于GlobeLand30的城市生态用地时空变化特征——以北京市为例

在城市高速增长而土地资源有限的背景下,北京市探索了城市总体规划统领的生态保护与建设有效途径,探究其生态用地时空变化特征,能够为生态用地与建设用地同步规划和协调布局提供参考。本文基于北京市2000年、2010年和2020年的GlobeLand30土地覆盖数据,分析了2000-2020年生态用地与建设用地、农用地的相互转化,揭示了各类用地变化强度在不同距离及方位的空间分布特征,应用景观格局指数刻画了空间形态变化;通过景观扩张/收缩指数LESI判定生态用地空间形态变化模式;通过高斯两步移动搜索法2SFCA计算建设用地与生态用地的可达性。结果表明：（1）生态用地面积占比一直为13%~15%,但不同距离和方位的空间分布发生显著变化,生态条件较好区域受城市增长负面影响较大,生态条件相对薄弱区域的生态建设在城市增长中加强。（2）生态用地的空间形态变化不大,但空间分布趋于分散;生态用地增加以新生模式和扩展模式为主,减少则从消亡模式为主转向分裂模式和收缩模式为主。（3）建设用地与生态用地的可达性整体偏低,2000-2010年新增建设用地可达性的低等级占比高于既有建设用地,可达性高值区零散分布在中心区域;2010-2020年新增建设用地可达性的较高等级占比高于既有建设用地,可达性较高区域的空间分布更加均匀。     

基于SWAT模型的图们江流域蓝绿水资源供需平衡分析

随着经济快速发展和工农业各类用水量大幅增加,对河流的开发程度随之加强,流域水资源可持续利用受到不利影响。从蓝绿水视角出发,基于SWAT模型量化了图们江流域2015—2020年不同时间尺度下的蓝绿水资源并探讨了研究区水资源供需平衡情况。结果表明：研究时段内流域蓝绿水资源均具有明显的季节特征,年均蓝绿水资源量为117.16亿m³,其中蓝水资源量30.14亿m³,绿水资源量87.02亿m³,绿水占水资源量的74.27%。以年为尺度,蓝水资源供需评估指数>1,可利用蓝水资源量基本不能满足其需求量,降水少的年份蓝水资源供需矛盾突出,而绿水资源可以达到供需平衡,其供需评估指数集中在0.1—0.2之间。在月尺度分析中研究区蓝水供需评估指数出现极端值的频率较高,表明该地区蓝水供需不平衡,尤其是可利用蓝水资源一般在每年的7—8月才较为丰富,而蓝水需求用水集中分布于作物生长期,导致蓝水供应与蓝水需求在时间分配上不均衡,且在实际水资源分配中忽略了生态用水;月尺度绿水供需评估指数集中在0.1—0.4之间,有明显的季节变化特征,整体上绿水资...     

基于InVEST模型的海南岛三大流域生境质量时空演变

基于1980—2020年5期土地利用数据,采用InVEST模型,综合应用土地利用转移、生境质量变化率和空间统计分析等方法,探究海南岛三大流域(南渡江、昌化江、万泉河)生境质量变化及其空间分布特征。结果表明: 海南岛三大流域土地利用类型以林地为主,占总面积的70%以上。1980—2020年间,海南岛三大流域建设用地面积增加量最大,达169.09 km²,主要来自耕地和林地。研究区生境质量整体呈现出上游源头区高、中下游区域低的空间分布格局,研究期间生境质量指数总体表现为先略微升高后显著降低的变化特征。在三大流域中,万泉河流域生境质量最高,昌化江流域次之,南渡江流域最低,且南渡江流域生境质量波动较大,受人为干扰较强。1980—2020年间,三大流域生境质量变化率总体降低0.5%,且在2010—2020年间退化明显。1980—2020年间,研究区生境质量在空间分布上具有较强的自相关性和显著的聚集性。三大流域生境质量的热点区主要集中在流域上游源头区域;冷点区主要分布在三大流域的入海口区域以及南渡江的中下游地区。研究结果可为海南岛三大流域生物多样性保护和生态修复提供数据支撑及科学参考。     

海岛型城市生态安全格局研究——以平潭岛为例

在快速城市化带来的城市生态安全严重威胁着城市可持续发展的这一时代背景下,构建城市生态安全格局是实现区域和城市生态安全的基本保障和重要途径。结合平潭综合实验区总体规划,从城市生态安全角度出发,在对平潭岛生态环境本底条件的调研基础上,选取与平潭岛的城市生态安全关系密切的6个关键生态因子进行深入分析,并通过层次分析法和GIS空间叠置法综合多要素分析了平潭岛的生态敏感性,最终有针对性地提出了面向新一轮大规模城市开发热潮的平潭岛城市生态安全格局。研究成果可为平潭岛的城市开发建设提供决策支持,对维护平潭岛城市生态安全、促进平潭岛可持续发展具有重要的理论和现实意义,同时也对其它海岛型城市的生态安全格局研究具有一定的借鉴意义。     

城市水体对热岛的缓冲性能沿河岸距离的变化规律

城市水体包括城区内的自然水体和人工水体两大类。作为城市生态系统的重要组成部分,水体在缓解城市热岛效应(Urban Heat Island, UHI)上具有重要作用。研究城市热岛效应的现状,探讨水体对城市热岛的缓冲效应,为改善城市热岛效应和生态环境,并对城市进行合理的改造和规划提供理论依据。以长沙市中心城区为研究区域,以南北向贯穿长沙市的湘江河道作为主要研究对象,基于长沙市2016年7月Landsat 8 TIRS遥感影像采用大气校正法反演地表温度(Land Surface Temperature, LST),利用监督分类法获取其同步的城市化进程和土地利用类型,分析市区内地表温度及热岛效应的空间分布特征。同时,通过在湘江两侧建立多个尺度的缓冲区,并将其与地表温度分布及土地利用类型叠置,分析湘江为主的水体对长沙市热环境及各缓冲区的缓冲效应,结果表明:(1)长沙市城市建设格局与热岛效应空间分布基本相似,建筑用地热岛效应更高,极端地表温度达到53.8℃;水体、绿地和裸地的热岛效应相对较低,最低地表温度为16.0℃;(2)湘江对长沙市热岛效应具有缓冲作用,对长沙市热岛效应的平均缓冲距离为400 m;(3)湘江对热岛效应的缓冲能力与水体周边土地利用类型有关,对河东区的缓冲作用小于河西区,对沿江休闲区的缓冲效应大于沿江住宅区。综上所述,长沙市热岛效应强度与用地类型相关,建筑用地热岛效应严重;水体对热岛的缓冲效应显著,但不同缓冲区内缓冲距离存在差异,因此对城市生态格局进行小规模改造可增强水体缓冲作用,缓解城市热岛效应。     

基于多智能体模型的兰州市城镇用地扩展模拟

利用1995、2005、2015、2018年4期兰州市土地利用数据和社会经济统计数据,运用扩展强度指数、Logistic回归、主成分分析等方法揭示兰州市城镇用地演变特征及驱动力,基于多智能体模型用Netlogo软件实现了2025年多情景下兰州市城镇用地扩展模拟。结果表明: 1995—2018年,兰州市城镇用地扩展强度和规模均呈增长趋势,侵占耕地和水域面积共307 km²;兰州市城镇用地扩展与地区生产总值、全社会固定资产投资、人口密度、城镇人口、政策和地形显著相关;从模拟结果来看,多智能体模型在Netlogo软件上能够较好地模拟兰州市城镇用地扩展趋势,在一定程度上为河谷型城市扩展模拟提供了可靠的仿真手段;2020—2025年,综合发展情景、自然扩张发展情景、生态及农田保护发展情景下城镇用地模拟结果均呈增长趋势,扩展规模预计为42.6～134.3 km²,扩展模式将以填充式和飞地式扩展为主。本研究结果可为兰州市的国土空间规划和生态环境布局优化提供决策支持。     

基于地理加权回归模型的武汉城市圈生态用地时空演变及影响因素

生态用地对城市圈可持续发展至关重要。本研究以武汉城市圈32个研究单元生态用地为对象,采用土地利用转移矩阵、探索性回归分析和地理加权回归模型(GWR),首先利用遥感影像解译成果对2000—2005、2005—2010和2010—2015年各个单元生态用地的时空演变进行统计,然后利用公司企业、生活服务等点位及数量大数据完善传统影响因素指标体系,并进行探索性回归分析,精选最优回归模型,最后基于GWR模型对不同时期影响因素及空间分异规律进行分析。结果表明: 2000—2015年,城市圈内生态用地非生态转化呈现先升后降的倒“U”形变化规律,空间上呈现由点到面的扩张趋势;城市圈内共有8.4%的土地利用类型发生了转化,其中,耕地、林地、草地、水体和未利用地向非生态用地转型量占41.9%;空间格局由武汉中心城区逐渐向市级次中心、县级城镇周边扩展。探索性回归分析3期的通过模型数为326个,对所有模型进行GWR和普通最小二乘法(OLS)回归比较分析,3期最优模型的调整R²分别为0.83、0.91和0.76,前者较后者提高了0.02、0.03和0.02,AICc值分别减小2.88、3.42和0.83。GWR模型结果表明,武汉城市圈内生态用地转化影响因素的空间分异明显,影响模式在空间上以不同方向的逐渐过渡为主,兼有“V”形分布等其他模式。空间因素影响效果显著,空间数据潜在信息增强了城市圈内生态用地演化的解释力度。     

不同发展模式对城市生态系统调节服务价值的影响

快速城市化加快了城市生态系统格局的改变,导致生态系统服务价值下降,对城市可持续发展造成阻碍。为了探究何种城市发展模式能够创造更高的生态系统服务价值,以深圳为案例,利用2010年、2015年和2020年生态系统类型数据,设置经济、惯性和生态3种不同的发展模式,并使用CA-Markov模型对2025年深圳市各类生态系统变化进行预测。在此基础上创新性地核算了不同模式下的关键生态系统服务价值。结果显示：（1）2015年到2020年,各类生态系统呈现不同变化趋势,人类聚落生态系统快速增长,对各类自然生态系统造成侵占,城区绿地呈现自然减少人工增加趋势。（2）2025年3种发展模式对生态系统类型变化影响显著,惯性发展模式下人类聚落、城区绿地出现扩张,经济发展模式下进一步增长,自然生态系统面积显著减少,生态发展模式下自然生态系统面积得到恢复。（3）3种模式下的生态系统服务价值变化差异显著,惯性和经济发展模式下,生态系统服务价值显著下降,分别较2020年下降2.67%和5.25%。生态发展模式下,生态系统服务价值提高,较经济发展模式提升5.5%,3种模式生态系统调节服务总价值差最高达到38.1亿元。综合来看,未来的发展模式应当选择以生态保护为优先的发展模式,通过制定有效的生态空间保护措施如生态保护红线划定、城市潜在开发区调整,实施生态工程等提高城市生态空间面积和质量,维持和提高生态系统服务价值,实现经济发展与生态保护的协调并行。