基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

SWMM模型参数局部灵敏度分析

利用Morris筛选法,分析了3场不同雨强降雨条件下,城市降雨径流模型SWMM的水文水力模块和水质模块的参数灵敏度。结果表明:对SWMM模型径流总量和径流峰值最敏感的参数依次是不透水面洼蓄量(destore-imperv)、管道曼宁系数(conduit roughness)和汇流区宽度(width-K),最大灵敏度分别为-0.329、-0.144、0.133和-0.294、0.171和0.143;对污染物总量敏感性较高的是路面和屋面的最大积累量(max buildup)、冲刷系数(coefficient)和冲刷指数(exponent)参数。雨强对于SWMM模型水文水力参数中的下渗参数的敏感性有较大影响,而对水质参数的敏感性影响较小;研究区的土地利用状况对参数敏感性也有较大的影响。水质参数总体的稳定性要高于水文水力参数。     

沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

沈阳市降雨径流初期冲刷效应

研究探讨城市降雨径流的初期冲刷效应对于城市水环境治理和水污染防治具有重要意义。以沈阳市典型区域为例,对坡顶屋面、平顶屋面和路面3种典型下垫面的降雨径流进行了监测,分析的污染物包括总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Zn)。利用M(V)曲线和污染物初期冲刷率(MFF₃₀),分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。结果显示:研究区较易产生初期冲刷现象,约有50%-90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。3种下垫面发生初期冲刷的强度依次是:平顶屋面>坡顶屋面>路面。降雨历时和干期长度与初期冲刷效应具有正相关关系,降雨量和降雨强度与初期冲刷先是正相关关系,但当稀释效应大于冲刷效应时,呈现负相关关系。重金属污染物较容易发生初期冲刷现象,而TN易发生强初期冲刷。     

沈阳经济区土地利用和净初级生产力变化

分析了沈阳经济区2000到2010年土地利用变化情况。基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算2000年、2005年、2010年沈阳经济区净初级生产力(NPP),从行政区划和地类角度分析其时空变化,统计了不同地类转换模式下NPP的损益值,从土地利用变化探讨分析了沈阳经济区土地利用变化带来的NPP变化情况。结果表明:(1)农田,林地和城镇用地为研究区最主要土地利用类型。土地利用最显著变化是城镇用地扩张迅速,农田面积大量减少。林地面积有所减少,草地、湿地、裸地面积变化较小;(2)沈阳经济区NPP呈明显退化趋势,并且时空变化显著,2000到2005年退化幅度大于2005到2010年。除了阜新市有增加,其他市的NPP均为减少;(3)沈阳经济区6种土地利用类型的平均NPP都在下降,降幅最大的是林地。NPP损益分析表明农田转城镇带来的年均NPP损失最大。     

小兴安岭南麓马鹿冬季适宜生境评价

通过2014-2015年两次冬季野外调查, 将收集的79处马鹿(Cervus elaphus)出现信息作为分布点数据, 选取地形、景观类型、植被特征和人类干扰4类19种因子作为环境变量, 利用最大熵(maximum entropy, MaxEnt)模型, 分析了小兴安岭铁力林业局辖区马鹿种群冬季潜在适宜生境分布特征和主要环境因子对马鹿分布的影响。结果显示: 模型预测精度较高, 训练集与验证集的平均AUC(area under the curve, 受试工作者曲线下面积)值分别为0.949和0.958; Jackknife检验结果表明: 景观类型因子对马鹿生境选择的影响较大; 坡向、距大路距离、距混交林距离、距灌草地距离和距农田距离是影响马鹿生境分布的主要环境因子, 其综合贡献值依次为27.8%、23.9%、19.5%、15.3%和10.4%; 距小路距离对马鹿分布影响较小。我们依据MaxEnt模型最大约登指数, 找到最佳中断点0.22作为阈值将马鹿冬季栖息地划分为适宜和不适宜两个等级, 其面积分别为663.49 km²和1,378.85 km², 分别占研究区总面积的32%和68%。马鹿的适宜生境主要分布在铁力林业局辖区的东部山地和中部林地等区域; 南部地区接近铁力市区, 人类活动频繁, 不适宜马鹿栖息。对马鹿种群的保护管理措施提出3点建议: 控制人为干扰; 构建多样性景观; 优先保护马鹿的潜在适宜生境分布区。