长江上游流域土地利用对面源污染影响及其差异

基于遥感与地理信息系统技术,对比分析了长江上游流域2000—2006年土地利用变化;利用输出系数模型,计算了土地利用引起的面源污染负荷,并从面源污染TN和TP负荷量、负荷强度和不同来源等角度,综合分析得出长江上游流域土地利用变化对面源污染影响及其差异。2000—2006年,长江上游流域耕地面积减少约1.10×104km2,林地面积增加约1.10×104km2,其他土地利用变化很小,表明西部大开发以来,天然林资源保护、长江防护林和退耕还林等工程实施效果明显。长江上游流域土地利用造成的TN和TP负荷量2000年分别为114.14×104t和3.39×104t,2006年分别为111.21×104t和3.31×104t。四川省西北部雅砻江中游流域、大渡河上游流域、岷江上游流域和贵州省北部乌江中游流域,2000—2006年面源TN和TP负荷显著减少。     

巢湖流域农业面源污染现状分析及防治对策思考

通过对巢湖地区的实地调查研究和分析,可知巢湖流域农业面源污染形势不容乐观,其主要的污染源和污染途径来自化肥农药施用量过大、畜禽粪便基本未无害化处理、农村生活污水直接排放、生活垃圾随意丢弃等;针对巢湖流域的农业面源污染现状,提出了建立基于WebGIS的农业面源污染网络数据库,减控种植业、畜禽粪水、水产养殖、农村生活污染源和污染量,搞好农业残留物资源化利用,建立农业湿地保护,开展农作物病虫害生物防治等具体措施,以保障农业可持续发展。     

基于InVEST模型的蒲河流域景观格局及生境质量时空演变分析

[目的]通过对景观生态格局和生境质量的时空动态分析,深入研究沈阳市蒲河流域实施水土保持措施前后的生境质量响应情况,旨在为小型流域的水土保持策略提供科学依据,以促进生态经济的协同增长和区域生态的持续健康发展。[方法]基于蒲河流域2000年、2010年、2020年的土地利用数据和数字高程模型(DEM)等数据,结合FRAGSTATS和InVEST模型,运用土地利用转移矩阵、景观格局指数、生境质量及生境退化度对土地利用变化进行分析,探究响应机理。[结果](1)在2000—2010年期间,蒲河流域的耕地开发活动频繁,导致森林、草地等土地类型的比例显著下降;在2010—2020年期间,蒲河生态廊道的建设推动土地利用的变化,耕地面积流向人造地表、森林和草地。(2)在2000—2020年期间,蒲河流域的整体景观格局经历先趋于完整后破碎化的演变过程,蒲河两岸景观形成多种要素集合的密集格局,城市中心北部边缘地区生境持续破碎化。(3)从流域整体分析,2000年、2010年、2020年的生境平均质量分别为0.349,0.329,0.354,呈现出先降后升的趋势。生境退化平均值分别为0.098,0.112,0....     

流域非点源污染景观源汇格局遥感解析

流域非点源污染景观源汇格局解析是流域水质污染物产生、输运机理认知与有效防治措施制定的重要科学理论基础。该文以充分挖掘流域遥感数据多时空尺度的特征与优势为目标,制定了流域非点源污染景观源汇类型界定方案,提出了像元级、亚像元级以及时序更新的流域非点源污染景观源汇格局遥感解析方法。在此基础上,以福建省九龙江流域为例,对不透水面这一典型流域非点源污染"源"景观2010年空间格局进行了信息提取,并对2000、2005年对应信息进行了时序更新与空间特征分析,结果显示2000–2010年间九龙江流域内不透水面覆盖面积增长了33.38%。该研究可为中国流域非点源污染研究、生态管理与建设提供参考。     

安徽省巢湖流域众兴水库小流域农业面源污染调查与评价

[目的]对安徽省巢湖流域众兴水库小流域农业面源污染情况进行调查分析和评价,了解该地区农业面源污染的现状和特征,以期为制定针对性防控措施提供参考依据。[方法]应用等标污染负荷法,通过问卷调查形式对巢湖流域众兴水库小流域内进行实地的走访调研,对水库周边3个村域的种植、养殖及人居面源污染进行分类调查和核算分析。[结果](1)众兴水库项目区周边3个村落面源污染排放源中,养殖业污染物的排放量和污负荷率最大,污染物排放量达到109.00t,污负荷率最大为57.52%;种植业化肥施用带来的面源污染物总量达25.52t,负荷率为13.47%。生活污染源污染负荷为29.01%,污染物总量达到54.97t。(2)在化学需氧量(COD),TN,TP这3个评价因子中,以COD的污染负荷率最高,达74.26%;TN污染负荷率为21.13%;TP的污染负荷率为4.61%。[结论]小流域内养殖业的污染物排放是威胁众兴水库水源地饮用水安全的主要构成因子,也是农业面源污染防控的重点。     

中国农田磷流失风险评价及其关键驱动因素

农田面源磷流失是农业面源污染的重要原因之一,识别流域内农田磷流失风险的关键源区及其影响因子是面源污染控制的重要手段。基于磷指数模型开展2000—2020年中国农田磷流失风险评估,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量为源因子,土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数为迁移因子,结合GIS技术评估了中国农田磷流失的关键源区;在此基础上,利用随机森林法分析影响中国农田磷流失的关键因子,并通过结构方程模型揭示了农田磷流失风险指数与各因子的关系。结果表明：1）2000—2020年中国农田的磷流失的低、中、高、极高风险面积分别占农田总面积的43.8%、40.5%、13.4%、2.4%。2）中国农田磷流失在2000、2005、2010、2015、2020年高风险和极高风险总面积的年平均占比从大到小依次为：淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域、松辽河流域、西南诸河流域、黄河流域、内陆河流域、海河流域。3）影响农田磷流失风险的关键源因子和迁移因子分别为土壤有效磷含量和归一化距离指数,其重要性特征值分别为129.53和65.12,土壤有效磷含量是农田磷流失最主要影响因子。4）磷流失风险指数与源因子指数、迁移因子指数呈极显著正相关,选取的14个指标对磷指数的解释度达0.62,其中源因子和迁移因子对磷指数的贡献率分别为0.77、0.19（P < 0.001）。研究结果可为中国农田磷流失风险评估提供科学参考,对中国农业面源污染的宏观防控及战略决策具有重要意义。     

巢湖流域土地利用程度变化及其空间异质性分析

基于GIS和遥感平台提取巢湖流域范围,分析了2000-2013近15年来的巢湖流域土地利用程度及其空间异质性特征。研究表明:①近15年来,巢湖流域的土地利用结构变化较大,呈现"三减一增"的变化趋势,即林地、农地和水体呈下降趋势,建设用地呈上升趋势,其中,农地面积下降明显,建设用地面积增幅较大;②土地利用程度变化两极分化,弱土地利用程度显著下降,强土地利用程度明显增加。分析表明,2000—2013年的近15年间,弱和较弱土地利用程度的流域面积下降3 429 km~2,占总流域面积24.61%;较强和强土地利用程度的流域面积上升729 km~2,占总流域面积5.23%;③土地利用程度空间异质性分析表明,2000年和2013年巢湖流域土地利用程度全局空间自相关的Moran's I值分别为0.802 2和0.753 9,呈显著的正相关关系,表明巢湖流域土地利用程度不是无序的,而是具有明显的空间集聚性;局部空间自相关分析表明,LISA图显示土地利用程度的高高值区主要集聚在以合肥市区为核心的周围,低低值区主要集聚在以西南部的大别山森林地区和中部巢湖及沿湖周边。     

基于GIS与灰色星座聚类的巢湖流域土地整治分区

土地整治分区是土地综合整治与规划有效进行的前提和基础。该文以巢湖流域为例,从自然条件、区位优势、社会经济和土地利用4个方面因素考虑,构建分区指标体系,利用熵值法确定权重,采用GIS空间数据可视化对指标体系空间分布特征进行分析,在此基础上,运用灰色星座聚类法将研究区划分为4种整治类型区,根据综合指标值的排序和最大相似性原理、自然空间连续性对分区结果进行调整。研究认为,Ⅰ区(生态涵养型土地整治区)应着重低丘缓坡开发利用整治模式;Ⅱ区(城镇发展型土地整治区)应依据城市发展需求以服务城市的郊野公园生态化土地整治模式为主;Ⅲ区(基本农田型土地整治区)应以提高耕地数量提高耕地质量的高标准基本农田建设模式为主;Ⅳ区(综合整治型土地整治区)应以迁村并点、内部挖潜为主进行农用地与建设用地的综合土地整治。研究结果可为巢湖流域制定土地整治规划提供科学合理的依据。     

湘江流域土地利用多功能性评价及障碍因子识别

为了促进湘江流域土地可持续利用,以湖南省湘江流域为研究区域,构建基于生产、生活以及生态功能的土地利用多功能性评价指标体系,采用改进TOPSIS模型评估湖南省湘江流域在2010—2018年土地利用多功能状况,采用障碍度模型识别影响土地利用多功能性提高的障碍因子,并提出了优化土地利用多功能的路径。结果表明:(1)湘江流域土地利用多功能总体上呈增强的趋势,其中生产功能和生活功能在增强,生态功能在减弱,2010—2018年土地利用多功能值由0.392 5增加到0.574 5,土地利用多功能程度经历了从中等到较强的过程;(2)2010—2013年,PM2.5浓度、第三产业产值、人口密度、人均社会消费品零售额等指标是制约土地利用多功能提升的主要障碍因子,2014—2018年单位面积生态系统服务价值、乡村从业人口、人均耕地面积、生境丰度指数等指标是制约土地利用多功能提升的主要障碍因子;(3)2010—2018年生态功能对湘江流域土地利用多功能性提高的制约在升高,生产和生活功能的制约在降低。湘江流域未来应优先保护生态用地,严格耕地保护,增加乡村从业人口,从而促进区域可持续发展。     

SCS-CN模型在巢湖流域地表产流估算中的应用

降雨径流是引起土壤侵蚀的主要动力,因此预测不同降雨及下垫面条件下的径流量是土壤侵蚀预报和水土流失治理的关键。应用美国原水土保持局开发的流域水文模型SCS-CN模型对巢湖流域降雨—径流过程进行模拟。在ArcGIS 9.2软件支持下,估算2002—2006年巢湖流域地表年径流量并分析了不同土地覆被类型的产流状况。结果表明,巢湖流域地表降雨径流年际变化较大,径流量变化范围为591.323～1 557.136mm。不同土地覆被类型产流能力依次为:城镇用地>水田>未利用地>旱地>农村居民点>草地>林地>灌木林。     

基于SWAT模型的衢江流域土地利用变化径流模拟研究

以衢江流域作为研究对象,收集流域植被、气候、土壤、水文和地图资料,基于ArcGIS 10.3平台建立了衢江流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型。结果表明:率定期和验证期模拟月径流与实测值的相关系数(R2)大于0.83,纳什系数(Ens)大于0.69,模型可以较好地模拟衢江流域径流过程。2000—2015年衢江流域土地利用类型均以林地和农地为主,二者约占流域总面积的98%,其他土地利用类型面积合计不足2%;研究时段内,建设用地面积大幅增加,其他土地利用类型变幅较小。2000年、2005年、2010年、2015年四期土地利用情景下月径流过程变化趋势基本一致,2015年径流量比2000年增加0.27%,水量平衡各分量在四期土地利用情景下差值为1.1～3.8mm。不同情景模拟分析发现,流域内草地面积较小,草地转化为林地对地表径流和水量平衡的影响较小,而农地全部转化为林地,地表径流比当前土地利用模式减少15.0%,同时深层水分渗漏增加5.7%。因此,2000—2015年土地利用方式的微小变化不会显著影响衢江流域径流和水量平衡,研究区林地面积持续增加,将进一步减少地表径流,增加深层水分渗漏,补给地下水。     

基于 SWAT模型的小流域面源污染负荷时空分异研究--以重庆市万州区陈家沟小流域为例

以三峡库区陈家沟小流域为研究区,通过实地监测调查和资料收集建立空间和属性数据库,采用2006、2007年监测数据建立SWAT模型,并进行模型参数率定,利用2008、2009年的监测数据进行模型验证。应用验证后的SWAT模型模拟分析研究区面源污染负荷的时空分异规律以及不同土地利用类型污染负荷的差异性,结果表明：空间上,小流域内不同子流域的污染负荷存在差异;时间上,污染负荷分布与降雨周期、农药化肥施用时间密切相关;不同土地利用类型面源污染负荷存在差异,耕地负荷最大,林地最小。针对面源污染负荷的时空分异性,综合考虑土地利用方式和小流域生态、经济要求,提出了小流域面源污染防治措施配置建议。     

小流域农业面源污染阻力评价及"源-汇"风险空间格局

识别评价影响农业面源污染的"源-汇"风险格局,对小流域的农业面源污染防治规划有着重要的现实意义,为此,该文以三峡库区典型农业区王家沟小流域为研究区,借助最小累计阻力模型评价小流域农业面源污染阻力和识别"源-汇"风险。首先,通过土地利用解译数据确定"源"地的分级,在获取地形、距离、土地利用和氮磷等自然影响因子的基础上,构建氮和磷的阻力基面评价指标体系,并测算氮、磷和总阻力面,以此判定影响小流域农业面源污染的阻力空间分布趋势;同时借助阻力阈值,对阻力面进行等级划分,以此识别影响库区小流域农业面源污染的"源-汇"风险格局。结果表明:1)影响农业面源污染的不同阻力因子,其空间分布存在明显差异,由此奠定了阻力基面的空间异质性;阻力基面反映了影响三峡库区小流域农业面源污染的"源-汇"景观空间差异,表现为"源"景观类型的阻力基面小于"汇"景观类型;氮和磷的阻力面总体上围绕"源"地向外呈现不断增大的空间变化特征;2)划定了影响王家沟小流域农业面源污染的"源-汇"风险区:极高风险区(0.297 7 km~2)高风险区(0.154 4 km~2)中风险区(0.147 5 km~2)低风险区(0.147 4 km~2)极低风险区(0.016 0 km~2);影响整个小流域农业面源污染的"源-汇"风险偏高,但小流域内仍有一定范围的低风险区,能确保流域内的氮磷流失得到有效拦截。研究结果有助于从影响农业面源污染的"源-汇"景观和空间阻力角度识别评价"源-汇"风险格局,为科学防范和治理农业面源污染提供决策依据。     

延河流域土地利用空间格局模拟对比研究

为探究延河流域土地利用演变规律及未来空间格局分布,基于延河流域1986年、2000年和2010年3期土地利用数据,利用土地利用空间转移动态图及土地利用转移面积矩阵等方法,分析了延河流域1986—2010年土地利用/覆被变化的时空规律; 运用Logistic-CA-Markov模型和MCE-CA-Markov模型分别预测了2030年延河流域土地利用空间格局,并对模拟结果进行了对比分析。结果表明:延河流域1986—2010年耕地降幅最为明显,减少了557.10 km²,主要转为草地、林地和建设用地; 林地和草地面积持续增加,建设用地扩张迅速,分别增加了378.34,136.97,48.17 km²,水域及未利用地面积总体变化不大,生态恢复政策是影响延河流域土地利用变化的主要因子。Logistic-CA-Markov预测得到的2030年延河流域耕地和草地减少明显,建设用地和林地则增幅较大,流域经济发展需求较高,这种情况下应准确把握地区经济发展与资源利用的关系,根据区域特点因地制宜制定适合当地发展的政策。而MCE-CA-Markov预测得到的2030年延河流域耕地、林地、水域及建设用地均有增加,且耕地增幅最明显,这种利用结构表明流域经济发展相对较缓,实现了对流域环境的保护,但应积极探索土地利用新结构,最大限度发挥资源优势,从而实现流域经济与环境的可持续性发展。     

流域面源污染负荷差异性及不确定性的尺度特性分析

针对流域面源污染负荷差异性及其不确定性的尺度特性问题,于2013-2015年在釜溪河流域测定了不同尺度汇流区的面源污染负荷和污染物转化动力学参数。分别采用动态时间弯曲距离DTW(dynamic time warping distance)和信息测度度量了不同尺度汇流区面源污染的负荷差异性和不确定性。结果表明:不同的汇流区尺度上,降雨量小于临界值(40 mm)的情况下,氨氮(NH_3)、总氮(TN)、总磷(TP),和高锰酸盐指数(I_(Mn))负荷均随降雨量的增加而非线性增大,降雨量超过临界值后,流域面源污染出现最大负荷。降雨量超过临界值后,由于尺度增加后下垫面对径流过程调蓄能力的增大,相比子流域尺度,流域尺度上NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷的变异系数分别增加了69.1%、47.0%、14.2%和85.8%。枯水期和汛期面源污染负荷主要受到污染源流域分布特性和下垫面径流条件的影响,不同尺度汇流区的NH3、TN、TP和I_(Mn)负荷在枯水期的差异性均显著小于汛期的差异性,子流域之间、以及子流域与流域之间4种污染负荷的差异性平均增大了3.18倍和2.44倍。相比子流域尺度,在流域尺度上单位面积流量、TN、TP和I_(Mn)负荷基质熵分别减小了4.8%、9.3%、31.9%和10.7%,而NH3增加了15.3%;有效测定复杂度分别增加了4.6%、15.4%、17.4%、49.5%和19.8%。不同尺度汇流区的面源污染负荷过程与流量过程不具有完全同步性。随着汇流区尺度的增大,面源污染负荷不确定性减小;有效测量复杂度随尺度增大表明在更大的尺度上对于面源污染负荷有效预测的参数数量显著增加;涨落复杂度和平均信息增量关系表明随着尺度的增加,面源污染负荷对降雨量的敏感性降低,而对下垫面条件的敏感性增加。不同尺度条件下,面源污染对降雨和下垫面的敏感性变化规律、以及面源污染负荷变异性机理等方面的研究将有助于提升分布式水文及面源污染模型理论。     

基于水量水质耦合模型的辽宁西部农业面源污染模拟研究

将辽宁非饱和水量模型和水质模型进行耦合,并以辽宁西部某流域为研究区域,对该区域的农业面源污染进行模拟。此外通过设定不同农业耕作方式,模拟分析不同耕作方式对流域面源污染影响。研究结果表明:构建的水量水质耦合模型在流域农业面源污染模拟具有较好的精度,各指标模拟误差小于25%,拟合系数在0.6以上,模型适用于区域农业面源污染模拟。研究成果对于干旱半干旱区域农业面源污染提供方法参考。     

蒲河流域退耕前后降水和植被对土壤侵蚀变化的影响

为了定量评价退耕还林还草前后蒲河流域土壤侵蚀变化特征及降水和植被对土壤侵蚀的影响,运用修正后的通用土壤流失方程(RUSLE模型)探讨1990—2019年流域土壤侵蚀变化,结合LMDI模型评估了1990—2000年、2000—2010年、2010—2019年3个时间段植被和降水对流域土壤侵蚀变化的影响。结果表明：30年来,流域侵蚀强度以微度和轻度侵蚀为主,而中度及以上等级的土壤侵蚀面积有逐渐减小的趋势;流域侵蚀情况总体持续向好,植被覆盖度与降雨侵蚀力相互作用驱动了研究区土壤侵蚀的动态发展;2000年以前,降水是影响土壤侵蚀变化的主导因素,随着退耕还林还草工程的实施,植被作用逐渐凸显。蒲河流域的退耕还林还草成效显著,是流域侵蚀防治的有效措施,应在侵蚀较强的流域中上游地区继续加强植被恢复措施。     

典型山区流域面源污染模型研究——以曹家路流域为例

针对曹家路流域的特点,构建了适应典型山区流域面源污染模式的山区面源污染模型。结合一场实际暴雨的产流、产污过程监测数据,对该模型进行了可靠性验证,结果显示模型可以较好地模拟曹家路流域面源污染相关水质因子的浓度变化。最后对模型提出了完善建议及未来的研究方向。     

中国农村土地整治生态景观建设策略

该文针对中国农村土地利用存在问题和农村生态景观建设需求,通过对国内外土地整治目标、技术发展趋势的研究,并结合相关调查,对中国农村土地整治中生态景观建设战略需求进行了探讨。总结了以农村综合发展为目标的土地整治目标和任务,提出了土地整治相关建设战略和技术需求。主要结论包括：土地整治应重视乡村景观特征研究,维系并提高乡村景观文化和美学价值;加强土地多功能性研究,在大尺度上重视生态网络和绿色基础设施建设,在小尺度上应提高生境质量和景观多样性,提高土地整治生产力、生态景观服务能力和碳汇能力;加强流域水文生态过程研究,开展农村面源污染控制和应对气候变化极端事件;加强土地整治工程生态景观化技术研究,完善土地整治技术规程;拓宽土地整治项目实施机制,提高土地整治的参与性。     

水土流失面源污染及其防控研究综述

水土流失是面源污染发生的重要形式和运输的主要载体,开展水土流失面源污染防控研究对于保障区域或流域生态安全具有重要的现实意义。阐述了水土流失、面源污染与水体环境的因果效应,在概括水土流失面源污染防控和模型化研究现状的基础上,提出了开展水土流失和面源污染研究的建议。