北京市海绵城市试点区雨水花园植物群落生态适应性及其应用效果

[目的] 针对已建成的城市雨水花园项目,从生物多样性的角度进行多指标调查评价,分析雨水花园植物的适应性及景观应用效果,旨在为北京地区雨水花园植物群落优化配置提供科学参考。[方法] 通过实地调研,分析和掌握雨水花园植物群落的多样性特征,在定量分析的基础上构建雨水花园植物群落景观评价模型对15个典型雨水花园植物群落进行分级和评价。[结果] ①北京市海绵城市试点建成区雨水花园草本植物共20科,43属,45种,优势科主要集中于菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、百合科(Liliaceae)、景天科(Crassulaceae)等。试点区各样地指数数值差异较小,各调查样地草本植物丰富度相似,植物物种集中性较一致。②试点区雨水花园植物群落景观综合评价总体处于较高水平,各样地中小区类雨水花园植物群落评价明显高于道路类雨水花园植物群落景观。受所在区域地表径流污染程度的影响,不同样地植物生长情况、群落构成有所差别。[结论] 未来还需加强对建成雨水花园植物的定期监测、评估,重视开发本土植物,筛选出优势物种,总结出结构稳定的植物群落配置模式与维护管理手段,为北京市雨水花园植物选择与配置提供科学参考。     

建筑与小区生物滞留设施植物群落景观评价与植物配置分析——以北京市通州区海绵城市试点区为例

[目的] 评价建筑与小区绿色低影响开发（LID）生物滞留设施的植物群落配置适宜性和景观效果，为北京地区生物滞留设施植物群落景观应用提供实践参考。[方法] 以北京市通州区海绵城市试点区建成项目中生物滞留设施为研究对象，基于专家咨询、现场植被调查，应用层次分析法提出了生物滞留设施植物群落景观评价因素，从3个准则层和10个指标层构建体系，采用此模型评价了15个具有代表性生物滞留设施，45个样本的植物群落景观。[结果] 生物多样性是生物滞留设施植物景观评价的关键性指标，5个示范工程中Bobo自由城草本植物Simpson多样性、Shannon-Wienner多样性和Pielou均匀度指数最高，多样性指数分别为2.09，0.86，0.87。通州海绵城市试点区生物滞留设施植物群落景观总体处于较高水平，Ⅰ级生物滞留设施植物景观5个，Ⅱ级植物景观4个，各占评价样方的33.3%和26.7%；Ⅲ级景观5个，占评价样方的33.3%；Ⅳ级景观1个，占评价样方的6.7%。实际应用中评价效果较好，适宜性高的植物包括玉簪（Hosta plantaginea）、千屈菜（Lythrum salicaria）、八宝景天（Hylotelephium erythrostictum）和狼尾草（Pennisetum alopecuroides）等，季相景观出现频率较高的植物包括鸢尾（Iris tectorum）、八宝景天、荷兰菊（Symphyotrichum novi-belgii）等。[结论] 在植物群落配置中，应注重LID设施与植物配置功能的匹配，重视乡土植物开发与利用构建植物群落、考虑植物的层次和形态，增加不同季节植物景观的多样性。     

填料及降雨特征对雨水花园削减径流及实现海绵城市建设目标的影响

为了应对城市化对区域水环境的不利影响,我国各地都在积极倡导城市低影响开发(LID),鼓励建设海绵城市。城市雨水花园是目前国际上广泛推崇的一项措施,通过对雨洪的拦蓄,增加入渗,削减污染物的输出。为了研究填充介质以及降雨特征对雨水花园效果的影响,以砂、土分层以及均质黄土2种不同填料雨水花园2a的监测数据,研究了花园对雨水径流总量和洪峰的削减效果,并分析了雨水花园在海绵城市建设中的积极作用。结果表明:在2a监测期内,分层填料雨水花园对14场降雨的水量的削减范围为12.0%~85.9%,平均为44.3%;对径流峰值削减范围为11.2%~93.3%,平均为55.8%;均质黄土填料的花园水量削减范围为9.8%~79.8%,平均39.2%;峰值削减范围为20.3%~89.8%,平均50.5%,分层填料雨水花园对峰值和水量削减均都高于均质黄土填料雨水花园。2个雨水花园的水量削减均与降雨量呈负相关关系,对中小型降雨的水量削减效果更为显著。西安市年内降雨多以中、小型降雨为主,两者之和占总降雨量的69.8%。如果以目前研究区海绵城市建设目标中年径流总量消减80%为控制目标,分层雨水花园和均质雨水花园对小雨的海绵城市完成率分别为98.5%和92.5%;对于中雨,分层和均质填料雨水花园的海绵城市完成率分别为69.0%和62.3%。研究还发现,雨水花园对雨水径流的削减能力与降雨前期的干旱天数呈正相关关系;鉴于研究区——西安雨热同期,雨水花园内土壤水分疏干较快,且降雨间隔天数平均4.25d,此类气候特点有利于雨水花园在该地区高效运行。     

基于AHP的甘肃省14种野生季节变色植物观赏价值评价

[目的]通过对甘肃省兰州市周边的野生季节变色植物资源进行详细调查与分析,筛选出适宜在甘肃省半干旱区园林绿化应用的野生季节变色园林观赏植物。[方法]选取整体特征(C1)、观叶价值(C2)、观花价值(C3)、观果价值(C4)、适应性(C5)5个评价准则和17个评价因子,建立野生季节变色植物资源综合评价模型,利用层次分析法(AHP)对14种野生季节变色植物进行综合评价,并根据评价结果对其进行观赏等级划分。[结果](1)在5个评价准则中,C5对目标层的约束力最大;(2)在17个评价因子中,冠形美观度(P1),叶色(P5),抗寒性(P15)和耐热性(P16)对观赏价值的贡献率较大;(3)综合评价等级可分3个等级。[结论]Ⅰ级有桦叶四蕊槭、辽东栎和血满草3种;Ⅱ级有甘肃小檗、短柄小檗、鲜黄小檗、多花栒子和灰栒子5种;Ⅲ级有少齿小檗、美丽胡枝子、槲栎、沙梾、黄瑞香和马桑6种。     

基于PSR-可拓云模型的井工煤矿区生态安全评价

[目的]综合评价山西省大同市某井工煤矿区的生态安全状况,为同类井工煤矿区生态保护提供科学依据。[方法]以该井工煤矿区2017—2021年的各项指标为依据,基于PSR模型从压力、状态以及响应3个方面构建煤矿区生态安全评价指标体系,使用合作博弈法确定组合权重系数,利用可拓云模型来分析该矿区生态安全状况。[结果]压力指标下人口自然增长率(C₂)的评价等级为Ⅲ级,表明人口出生率和死亡率分布不均衡,其他指标评价等级均为Ⅱ级;状态指标下,植被覆盖率(C₈)的评价等级为Ⅰ级,表明该煤矿区植被覆盖率高,尾矿库排洪排渗措施(C₉)的评价等级为Ⅲ级,已经达到了不安全的等级,其他指标的评价等级均为Ⅱ级;在响应指标下废弃物综合利用率(C₁₅)以及科研投入增长率(C₂₀)为Ⅱ级,环保投资增长率(C₁₉)为Ⅲ级,其他指标评价等级均为Ⅰ级。[结论] 2017—2021年该井工煤矿区生态安全响应力度明显增强,但是生态压力以及目前的状态仍然严峻,应采取针对性地保护措施,从而维护当地的生态安...     

基于HYDRUS-1D的城市草地土壤水分模拟——以扬州市人工草地为例

[目的] 研究城市化背景下草地土壤水分运动规律,为提升海绵城市建设水平提供科学依据和技术支撑。[方法] 以江苏省扬州大学扬子津校区农水与水文生态试验场的人工草地为研究区,利用实测降雨和同期土壤含水量数据对不同降雨事件下的雨水入渗深度进行分析。通过HYDRUS-1D模型对研究区土壤含水量变化过程进行模拟。[结果] 在小雨（<10 mm）和中雨（10~25 mm）事件中,研究区草地的雨水入渗深度分别小于15 cm和30 cm;在大雨（25~50 mm）到暴雨（>50 mm）事件中,雨水入渗深度通常超过30 cm,或可达60 cm以上;土壤含水量模拟值与实测值的均方根误差范围为0.012～0.034 cm³/cm³。[结论] 不同等级降雨事件下的草地雨水入渗深度存在明显差异,入渗深度总体上随着降雨量的增加而增加;HYDRUS-1D模型能够准确模拟不同等级降雨事件下的城市人工草地区雨水入渗深度。     

城市海绵小区雨水利用的效益分析——以固原市海绵小区建设为例

[目的]对城市海绵小区雨水利用措施的经济、环境及社会效益进行识别计算并与其成本进行对比分析,为海绵小区建设评估提供参考。[方法]以第二批试点宁夏回族自治区固原市西南新区6个海绵小区为研究对象,采用水量平衡法、替代工程法、影子工程法、市场价值法、碳税法、造林成本法等,对海绵小区产生的雨水资源利用、固碳释氧、降噪、调蓄径流、文化教育等3大类共10项效益进行定量计算并采用效益费用比进行静态和动态成本效益分析。[结果]固原市西南新区6个海绵小区的总效益为2.91×10~5元/a,其中雨水花园的效益为1.03×10~5元/a,下沉式绿地的效益为7.99×10~4元/a,植草沟的效益为6.15×10~4元/a,经济、环境和社会效益比例分别为22.84%,76.89%和0.27%。[结论]海绵小区雨水利用有较好的投资效益,固原市海绵小区的建设产生了良好的经济、环境和社会效益,值得进一步研究推广。     

海绵城市建设水平评价与分区域控制策略

[目的]探讨海绵城市建设成效及其关键影响因素,为中国分区域海绵城市建设规划提供理论依据与政策导向。[方法]从水环境安全、水资源利用、水污染治理和水人居建设4个方面构建了海绵城市建设评价指标体系;根据地形地貌、气象气候、发展规模等区域特征,选取具有代表性的海绵城市建设试点——北京市、重庆市和镇江市作为研究区域;通过主成分分析法与灰色模糊综合评价模型定量分析海绵城市建设指数变化趋势,对比分析不同子目标层建设指数的变化及其差异。[结果]2006—2015年研究区域海绵城市建设指数均呈上升趋势,子目标层建设指数中仅北京市及重庆市的水资源利用指数有所下降。[结论]中国海绵城市建设已取得阶段性成效,城市化与海绵城市建设指数变化联系密切。华北地区和华东地区的海绵城市建设还应分别加强对单位面积水库容积、农业污染负荷的管控;基于地形地貌分析,山地城市的海绵城市建设还应加强对节水量及生活废水排放的管控。     

基于典型年法的海绵城市建设控制指标研究

[目的]探讨海绵城市控制指标年径流总量控制率的确定方法,为海绵城市建设控制指标的合理确定提供新的思路。[方法]结合中国目前海绵城市建设相关规范及研究成果,分析关于年径流总量控制目标确定方法的合理性。以合肥市为例,分别采用长序列法、典型年法、外排径流系数法、逐日水量平衡法对相关问题进行研究,探讨不同年径流总量控制率对外排径流系数的影响及不同规模雨水调蓄设施的实际控制效果。[结果]提出控制指标的典型年计算法,并总结了外排径流系数随年径流总量控制率变大不能无限减小的规律,提出采用雨水利用有效容积这一指标来校核年径流总量控制率提高的适宜范围。[结论]典型年计算方法与雨水系统设计重现期相对应。结合对实际雨水总量控制率的研究,可为海绵城市建设中径流总量控制目标的确定提供新的思路。     

基于GIS和LID的雨水集蓄技术研究——以山东省滨河小镇营丘镇为例

[目的]研究山前冲洪积平原滨河中小型镇区洪涝灾害频发,排水不畅,雨水资源利用不充分等问题,为雨水集蓄设施在中小型镇区的合理规划和应用提供参考。[方法]选择山东省潍坊市营丘镇区为研究对象,根据研究区当前排水现状和土地利用情况,基于GIS技术提出了"汇水区划分、用地类型提取、计算调蓄容积、建立技术体系、确定施工时序"的规划步骤。[结果]综合采用"透水铺装+下凹式绿地+植草沟、简易生物滞留池+湿塘、雨水湿地"的雨水综合蓄集利用系统并规划其布局,通过引入水文敏感指数,规定了镇区汇水区海绵城市建设时序。[结论]探索性地将雨洪利用工程技术与镇区景观规划相结合,低影响开发综合设施的实际调蓄能力大于设计雨水调蓄容积,实现了镇区雨水资源的蓄集利用。     

基于碳收支核算的河南省碳排放峰值预测

[目的]对河南省碳排放及碳足迹峰值进行了预测,旨在了解河南省未来碳减排潜力,寻求低碳发展的对策。[方法]基于省域层面,以河南省为例,对历年的碳收支和碳足迹状况进行了核算和评估,并通过STIRPAT模型和情景分析方法对河南省碳排放峰值进行预测。[结果](1)河南省碳排放总量从2000年的6.83×107 t上升到2012年的1.77×108 t,涨幅为159.2%,其中碳排放的行业差异性大,工业占主导地位,不同途径碳排放的增幅具有明显差异,生态系统的碳汇能力呈明显下降趋势。(2)河南省2000—2012年能源消费的碳足迹呈逐年增加态势,从2000年的1.71×107 hm2上升到2012年的4.42×107 hm2。碳足迹的扩大造成了1.68×108 hm2的生态赤字。(3)在基准和低碳情景下,河南省碳排放峰值有望出现在2040和2035年,在考虑区域碳吸收补偿的前提下,碳排放峰值将分别提前到2035和2025年。[结论]河南省碳收支呈现明显的不匹配状态,但在考虑碳补偿的基础上,河南省具有较大的碳减排潜力空间。     

河南省城市化与生态环境耦合协调状态的时空格局

[目的] 探索河南省城市化与生态环境耦合协调状态的空间聚集特征,提出相关的发展建议,为河南省城市可持续发展提供科学的参考。[方法] 通过构建城市化与生态环境评价体系,利用改进的耦合协调度模型,研究2008—2018年河南省城市化与生态环境发展水平及耦合协调度,对河南省17个地级城市耦合协调度进行时空格局分析。[结果] 2008—2018年全省耦合度值都在0.9以上,耦合协调度呈波动上升趋势;多数城市的城市化水平低于生态环境水平,各市城市化与生态环境的耦合协调度等级有基本不协调、基本协调、协调、高级协调;城镇化与生态环境耦合协调存在空间正相关性,有西部和中部耦合协调度高、东南部耦合协调度低的聚类特征。[结论] 河南省整体城镇化进程加快,经济城市化和生态环境压力分别对城市化和生态环境两大系统产生了重要影响。应加强郑州市中心城市的发展,推动河南东南部城市的发展。     

利用GRACE卫星研究河南省水储量时空变化特征

[目的]分析河南省2002—2014年的水储量时空动态变化,为该省水资源管理、评价及可持续发展提供依据。[方法]借助GRACE重力卫星反演河南省水储量变化,分析2002—2014年水储量时空动态变化过程及其影响因素。[结果](1)河南省的水储量年内分布呈典型的"余弦函数曲线"特征,1—7月处于亏损状态,8—12月处于盈余状态;水储量变化峰值出现时间滞后降水峰值2个月。(2)河南省水储量观测期内呈递减趋势,递减速率为-6.34mm/a;空间上,水储量减少速率自南向北递增。[结论]通过定量计算人类活动总耗水量及水储量年变化率可初步推断,河南省水储量变化1/3受人类活动影响,2/3受自然因素影响。     

基于RS和GIS的河南省生态环境质量动态评价

[目的]揭示近年来河南省生态环境质量时空变化特征,为生态环境的监测、保护和管理提供科学依据和技术支持。[方法]以多源、多时相数据为基础,参考生态环境状况评价技术规范和模型方法,采用1km格网作为评价单元,提取生物丰度、植被覆盖、水网密度、土地胁迫、污染负荷5个指标,来计算生态环境质量总指数,定量评估河南省生态环境质量时空变化。[结果](1)河南省生态环境质量以"一般"为主,其所占比例接近80%,其他类型面积较少,生态环境质量的基本空间分布格局明显受地形地貌、土地利用及区域发展战略影响;(2)2000—2013年,河南省生态环境质量年际间变化较小,呈现出"单峰型"的变化特征,但生态环境质量为较差和优、良的区域面积都有所增长;(3)生态环境质量变化与区域发展关系密切,13a来,河南省生态环境质量总体上存在微弱变差趋势,变差区域在空间上由中西部向东南部迁移,主要与城市建设用地扩张有关。[结论]基于1km格网的生态环境质量评价方法更能反映区域生态环境空间特征及影响因素。为了持续提升研究区生态环境质量,区域发展战略必须要与生态文明建设相协调。     

农业化学投入与农业经济增长脱钩关系研究——以河南省为例

[目的]在测算河南省农业化学投入与农业经济之间脱钩弹性的基础上,进一步分析河南省农业化学投入增减的影响及时空格局演化,为该省农业资源环境保护提供依据。[方法]采用Tapio脱钩模型分析河南省农业化学投入与农业经济之间的脱钩关系,利用LMDI分解模型对影响农业化学投入的影响因素进行分解,运用K-means方法对河南省农业化学效率进行聚类分析。[结果] 1993—2016年河南省农业化学投入总体呈"先升后降"态势,农膜、农药和化肥投入分别于2012,2014和2016年出现下降趋势;23 a来河南省农业化学投入与农业经济增长态势出现了从相对脱钩和扩张性负脱钩并存到相对脱钩再到开始出现绝对脱钩趋势的转变;耕地效应是农业化学投入增加的主要推动力量,效率效应对农业化学投入具有明显抑制作用,规模效应的影响不明显;从空间格局上看,豫东南地区农业经济增长对农业化学生产资料依赖程度较高,豫中和豫西北地区农业化学参与农业经济增长的程度较低。[结论]整体上看,河南省农业化学投入对农业经济增长呈现出了脱钩状态,但在区域内部还存在着较大的空间差异,未来河南省应采取差异化的农业化学控制政策。     

雨水花园对实际降雨径流的调控效果研究

基于海绵城市倡导的雨水自然积存、自然渗透、自然净化理念,根据西安地区降雨特征,设计建造了入渗型和防渗型两套雨水花园。2015~2017年对33场次降雨事件径流调控效果进行了监测分析。结果表明:(1)以原状土为填料的防渗型雨水花园设施水量削减率为11.2%~100%(中位数=69.14%);(2)污染物浓度超越概率分析结果显示,径流雨水经过雨水花园系统后,总氮、氨氮、总磷和化学需氧量出流浓度超过地表水环境质量标准Ⅳ类限制的概率,与入流浓度超过地表Ⅳ限制的概率相比,分别降低了58.57%,2.71%,20.57%和29.71%;(3)雨水花园设施场次径流水量削减率与污染物负荷削减率的相关关系在0.857以上;(4)通过监测的场次降雨量及系统进水和出水水质水量,估算的雨水花园系统年径流污染物浓度去除率为11.93%~60.97%,径流污染物年负荷削减率基本在70%以上。     

板栗树种在中国水土流失区的分布及其环境因子

[目的] 在当前气候背景下预测板栗树种在中国的空间分布和生态特征,为板栗树种的合理引种、产业持续发展以及在水土流失地区的应用提供理论支撑。[方法] 基于261个分布点和40个环境变量,利用MaxEnt模型预测板栗树种的潜在地理分布并确定影响其分布的主要环境因子。通过对比国家级水土流失区和板栗树种的潜在分布确定其应用范围。[结果] 年均降水量、年平均温度、表层土壤酸碱度、平均日温差和温度季节变化方差5个环境变量对板栗树种适生区的分布贡献较大,累积贡献率在83%以上。同时板栗树种喜水怕涝,适合在酸性土壤中生长。潜在适生区面积总计为2.92×10⁶ km²,约占国土总面积的30.46%,其中高度适生区主要分布在四川省和云南省的东北部,湖北省、湖南省和江西省的大部分地区,陕西省、河南省、安徽省、浙江省和山东省的部分地区。中度适生区分布以高度适生区为中心向外扩展。[结论] 对比中国水土流失重点预防和重点治理区,除青藏地区、西北地区和东北地区不太适宜板栗树种的引种外,在其他水土流失区都可以考虑选择板栗树种作为水土保持的经济树种。基于MaxEnt模型的板栗树种潜在分布预测拓展了人们对板栗树种分布和生态特征的认识,同时为水土保持功能区的树种选择提供了科学依据。     

1990-2012年淮河流域粮食生产的时空演进及驱动机制

[目的]动态研究粮食连增及农业政策调整背景下淮河流域1990—2012年的粮食产量时空变化进程及影响因素,为淮河流域科学合理粮食安全政策构建提供理论参考。[方法]采用区域重心计算模型和空间自相关技术。[结果]（1）淮河流域粮食总产量及县域均值持续增长。高产县域集中在流域中游皖北地区,中高产县域逐步向中上游推进,低产县域日趋边缘化。（2）淮河流域粮食产量重心呈西进南移态势变动,西进速率减缓,南北波动幅度较小,空间格局趋向稳定。（3）县域粮食产量分布呈显著空间聚集性特征,且有持续增强趋势。高产县域聚集于流域中游豫皖交界及下游苏中沿海地区;低产县市逐步集中连片聚集于流域上游豫西北边缘地区;高—低与低—高聚集县域规模较小,空间分布变化剧烈。[结论]水土资源变化、农业新技术及政策倾斜、种粮比较效益等主导因素共同驱动流域粮食产量空间格局演进。     

应用分形理论估算丹江口水库水源区总氮、总磷的流失量

[目的]掌握区域农业面源污染物的流失状况,证明分形计算结果的可靠性。[方法]采用分形理论对丹江口水库水源区河南省所在的区域2013年总氮(TN),总磷(TP)的流失量进行估算,并与输出系数法的值进行比较。[结果]研究区污染物的流失以氮为主,TN的流失量是TP的7.16倍;禽畜养殖引起的流失量最多,占了总量的69.93%,农田化肥中的流失量占21.99%;灌河产生的污染物最多,其次是丹江、淇河、滔河,但在流失强度上却是滔河最大,其次是灌河、丹江、淇河;通过配对t检验分析将分形方法计算的污染物总量与输出系数法相比,在0.1水平下有统计学意义,说明前者较后者更能反映实际。[结论]用分形方法估算区域污染物的面源污染是可行的,应当加强区域禽畜粪尿和农田化肥的管理,以确保丹江口水库水质。