生态价值视角下水土资源保护评价——以长河流域为例

泽州县长河流域压煤面积大,水资源浪费严重、土地损毁现象普遍。【目的】改善研究区生态环境质量。【方法】通过提取坡度、归一化植被指数(NDVI)、土地利用类型和土地损毁数据,采用最小累积阻力模型,建立了水源涵养、土壤形成与营养循环以及水土资源综合保护最小累积阻力面,通过对阻力面的分析,研究严重损毁下矿区水土资源保护问题。【结果】在水源涵养最小累积阻力面中,低、中、高阻力区面积分别占总面积的54.5%、35.8%、9.7%;阻力值以源地(水域)为中心,向外扩散增大。在土壤形成与营养循环最小累积阻力面中,低、中、高阻力区面积分别占总面积的23.4%、35.2%、41.4%;阻力呈现出以土地损毁最严重的区域为中心,向外扩散减小的形状。在水土资源综合累积阻力面中,低、中、高阻力区分别占总面积的8.8%、80.9%、10.3%;高阻力主要分布在西北部,低阻力主要分布沿河流,南部阻力最低。【结论】高阻力区保护工作难度最大,在保护工作中,重点在于改善土地损毁状况。中等阻力区保护工作难度适中,应该针对性地调整沿水域分布的采矿区。低阻力区保护工作难度最低,说明该区域的生态环境质量高,但更应该采取相应措施维持甚至进一步提高生态环境质量水平。     

采煤区水土资源损毁相关影响因素分析

【目的】探讨煤炭企业生产视角下水土资源损毁的关键影响因素。【方法】借助EViews软件对研究区内12个煤炭企业共15个水土资源损毁影响因素进行散点拟合,定量分析了各因素对水土资源损毁的影响;选取7个影响因素进行核密度估计并描述了其曲线特征,结合多元回归模型分析了多因素对研究区水土资源损毁的综合影响并确定了其主要影响因素。【结果】影响研究区水资源耗损的主要因素是地下水径流量和总用水量,二者对数的核密度曲线双峰不明显,地下水径流量核密度曲线变化区间较大;服务年限与井田面积是土地资源损毁主要的影响因素,其对数的核密度曲线都是单峰,服务年限核密度曲线走势陡峭。【结论】研究区水土资源损毁的主要影响因素是地下水径流量、总用水量、服务年限与井田面积。     

基于模糊综合评价的四川省水土资源承载力时空演变分析

【目的】正确认识和评价水土资源承载力,为四川省水土资源高效利用、生态文明建设提供科学依据。【方法】基于四川省经济社会、资源环境等相关数据,构建模糊综合评价模型,分析了四川省水土资源承载力的动态变化及区域差异。【结果】2005—2014年,四川省水土资源承载力整体呈波动缓慢上升趋势,其中压力子系统与响应子系统均缓慢上升,与水土资源承载力变化趋势基本一致;状态子系统评价指数呈明显波动上升趋势。从空间分布特征看,高等承载力区主要集中在东、中部地区,呈现出东高西低的特点。相对而言,2005—2014年四川省各市州水土资源承载力呈不同程度的波动变化。川中平原区、川东北丘区的大部分市州水土资源承载力有减小趋势,而川南丘区、川西高原区和攀西山地区整体呈上升态势。【结论】2005年以来,四川省的水土资源承载力小幅提升,但仍有较大的改善需求和空间。为全面提升水土资源承载力,提出了通过供给侧改革转变经济发展方式、严格控制用水定额和执行土地使用管制制度、重视水土资源的生态环境功能等对策。     

压煤区开采规模与水土资源承载力协调性分析

压煤区资源利用的协调性是衡量综合承载力水平的基础。【目的】通过研究泽州县压煤区煤炭开采规模与水土资源承载力的协调变化趋势,可以制定相应发展对策实现资源协调利用。【方法】首先基于煤炭开采与水土资源承载力的自然耦合关系,在资源同步利用模式下分析煤炭开采对水土资源的破坏;再通过建立煤-地-水资源承载力评价指标体系,定量分析了资源利用水平;构造耦合协调性模型分析其耦合程度,并运用GIS分析了其空间分布特征。【结果】研究区除2011年因采煤规模过大破坏了水土资源承载力外,其整体耦合协调度呈递增趋势;从空间分布来看3个分区几乎相间分布,结合各分区空间分布特征提出以下发展对策:(1)低度协调的一区主要分布于研究区的边界,采煤规模过小,应发挥土地资源承载力的优势,开发利用采矿用地以平衡煤炭产业的需求,提高耦合协调度;(2)高度协调的三区主要分布于矿区,目前采煤规模合理,对于丰富的水资源应注意涵养水源、节约利用、减少水污染;(3)比例最大为53%的二区沿长河河道分布,中度协调、采煤规模过大,应当在资源承载力范围内合理规划煤炭开采规模,使三者并重发展和谐统一。【结论】研究区煤炭开采规模与其水土资源承载力水平的变动渐渐从有无序走向有序,三者发展逐步协调;而结合各协调性分区的空间分布特征提出的发展对策,在资源开发利用之外也考虑到了协调性发展的前提,可为将来可持续发展作出科学性保障。     

沿海地区农业水土资源承载力评价及其障碍因子分析

【目的】水土资源是维持农业可持续发展的关键因素。针对沿海地区水土资源面临日益严峻的质与量的问题,深入了解沿海地区水土资源的承载能力,评估影响沿海地区水土资源承载力的障碍因素,指导水土资源优化配置。【方法】以南通沿海地区4个县市为研究对象,构建农业水土资源承载力评价指标体系,利用变异性筛选评价指标,运用熵权TOPSIS模型对南通沿海地区的农业水土资源承载力进行评价。基于障碍度模型,对农业水土资源承载力的主要障碍因子进行分析。【结果】(1)南通市各沿海地区农业水土资源承载力水平较佳,南通市区、如东县、海安县、海门市综合指数在0.45～0.60区间,资源开发利用程度合理;而启东市综合指数在0.30～0.45区间,农业水土资源承载力水平处于平衡状态。(2)各子系统对南通市沿海地区农业水土资源承载力的影响差异显著,其中农业水土资源对南通市沿海地区农业水土资源承载力均有较大程度的影响效果(33.30%～56.62%)。(3)农田灌溉水资源效益是制约海安县、如东县和南通市区农业水土资源承载力提升的关键因子,耕地生产力是海门市和启东市农业水土资源承载力提升的关键因子。【结论】本研究成果可为指导江苏乃至...     

基于SWAT模型的济南南部山区土地利用优化研究

【目的】维护南部山区水源补给区良好的水循环条件和功能并建设济南水生态文明城市。【方法】应用SWAT分布式水文模型,选择Re、Ens和R2三项指标进行模型率定分析,再以20 km~2为步长模拟土地利用变化与径流和泥沙的关系,在此基础上建立以水文、水保和经济为目标的多目标土地利用结构优化模型。【结果】SWAT模型3项率定指标均满足要求,模型对研究区的径流和泥沙模拟具有较好的适用性;年径流变化量和年泥沙变化量与土地利用转化面积关系可以用二次函数式表示,单位面积林地转变为建设用地时,径流和泥沙流失量增加最大,草地转变为建设用地和耕地对径流影响最小,耕地转变为建设用地对泥沙流失影响最小;现状年和规划年的土地利用结构还应该进一步优化,林地、草地、耕地和建设用地面积分别为370.70、158.35、375.92和45.21 km~2,为最优土地利用结构。【结论】模型在济南南部山区适用性良好,能为南部山区合理利用土地资源、保护生态环境,保证济南水生态文明城市建设提供决策依据。     

鲁北平原（黄河以北）土壤盐渍化环境质量及防治分区研究

【目的】研究鲁北平原(黄河以北)土壤盐渍化现状。【方法】采用二级模糊综合评判法,构造了隶属土壤环境条件、地下水环境条件和自然地理条件3个层面,盐渍土面积占比、土壤盐渍程度、土壤含盐量、包气带岩性、地下水埋深、地下水矿化度、地形地貌与蒸降比8个指标的综合评价指标体系,对鲁北平原(黄河以北)区域进行了土壤盐渍化环境质量评价研究。【结果】(1)将鲁北平原(黄河以北)盐渍化土壤环境质量划分为优等、良好、中等、较差和差5个等级。(2)其中,盐渍化土壤环境质量差区面积5 277.49 km²,盐渍化土壤环境质量较差区面积6 564.76 km²,盐渍化土壤环境质量中等区面积4 383.79 km²,良好区面积5 995.52 km²,盐渍化土壤环境质量优等区面积4 919.29 km²。针对不同的盐渍化环境质量条件。将土壤盐渍化的防治分区划分为3个防治区8个亚区。【结论】鲁北平原(黄河以北)地区土壤盐渍化程度和空间差异较大。本研究可为改善该地区土壤管理措施提供技术支持,促进该地区农业和农村...     

基于NDVI时序数据的不同水源灌溉面积分类研究--以人民胜利渠灌区为例

灌溉面积是水土资源利用的重要指标,灌溉面积监测是灌区和农业水资源管理的基础。【目的】探索不同水源的灌溉面积的遥感分类方法。【方法】基于人民胜利渠灌区2017年的Landsat8卫星数据和2012年的MODIS卫星数据,提取了灌区NDVI时序数据曲线,分别采用监督分类和非监督分类方法对灌区不同水源的灌溉面积进行分类,并结合实地调查资料对分类结果进行验证。【结果】非监督分类方法并不适用于灌区尺度的灌溉水源分类;基于MODIS数据的分类效果较差,分类精度为57.14%;基于Landsat8数据的NDVI时序数据和监督分类的结果较好,分类精度达到73.58%。【结论】空间分辨率较高的NDVI时序数据可对灌区灌溉水源进行分类。     

黑麦草密度对坡面水流阻力影响的试验研究

【目的】提高生态工程的水土保持效益,合理利用坡面植被挡蓄径流,减轻坡面工程土壤侵蚀。【方法】通过室内试验,模拟水流在不同密度植被覆盖下的坡面流动时水深及阻力的变化规律,详细描述坡面沿程水深规律并建立水深方程,研究阻力在整个坡面的分布及变化过程。【结果】①由坡面水深方程推求得出了水流所受坡面总阻力方程。②刚性植被与柔性植被在坡面阻流中对水流的阻碍作用不同,植被对坡面水流的阻力不随植被密度增大而增大,坡面植被存在最优种植密度,使阻水效果最佳。【结论】在治理低山丘陵区的水力侵蚀时,植被种植密度不宜过疏或过密,坡面植被存在最优种植密度,使阻水效果最佳。     

基于遗传算法的滴灌支管轮灌小区管网优化布置研究

田间灌水小区是滴灌系统的最小单元,该部分的设计是否合理,将直接影响到系统的工程投资、运行费和安全可靠性。【目的】优化滴灌支管轮灌小区管网布置。【方法】将田间支管轮灌小区作为一个整体,分别以单位面积投资最低和控制面积最大为目标建立数学模型,应用遗传算法对管网进行了优化计算。【结果】实例表明,双向毛管单位面积投资较单向毛管降低了4.31%,控制面积增加了28.41%;在水源供应允许的条件下,支管管径由32 mm增大到75 mm时,控制面积增加了393.78%,当支管管径由75 mm减小到32 mm时,最低投资降低了11.50%。【结论】在双向毛管布置方案控制面积和单位面积投资均优于单向毛管;增大支管管径有利于增加灌水小区控制面积,减小支管管径有利于降低单位面积投资。     

基于“双评价”的农业耕作条件适宜性评价研究——以武汉市为例

【目的】为国土空间农业资源的开发利用提供依据。【方法】以武汉市为例,结合《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）》规范,使用ArcGIS软件先通过镶嵌、裁剪、重采样获取武汉市内部数据,对DEM高程数据执行坡度分析,生成坡度数据,使用地形坡度数据初步评定武汉市农业耕作条件并分级,根据土壤粉砂含量进行修正,再对河流、湖泊等水体区域取最低级,生成武汉市农业土地资源分级图。【结果】计算各级别农业土地资源面积可知,高等级区域面积占比9.6%,较高等级区域面积占比39.4%,中等等级区域面积占比28.8%,较低等级区域面积占比3.8%,低等级区域面积占比18.4%,总体较适宜于农业耕作。【结论】分级成果与生态等其他数据进行综合处理后,可为国土空间农业资源的开发利用提供依据。     

鄂尔多斯景观格局演变与景观生态网络优化研究

以鄂尔多斯市为典型研究区,以2000、2005、2010、2015、2018年研究区景观格局数据和气象水文数据为研究素材,基于复杂网络理论、景观生态学和GIS空间分析技术,定量研究鄂尔多斯市景观格局的时空演变规律,并探究各级子流域的水源涵养深度,再将研究区景观格局演变数据和生态水文数据与由多个决定景观特征的因子构建的景观生态网络进行耦合分析,为研究区景观格局优化及生态环境建设提供参考。结果表明：在研究期内鄂尔多斯市的耕地不断减少,林地、草地、水域和建设用地均有一定程度的增加;景观演变主要是耕地、林地和水域之间的转化,林地、水体的景观演变最为剧烈,耕地、草地和建设用地相对平稳;鄂尔多斯地区整体水源涵养能力偏低,相对而言,东部地区的水源涵养能力高于西部地区,随着时间的推移,水源涵养深度高值逐渐南移;构建的鄂尔多斯市景观生态网络共342个生态节点、402条生态廊道,基于度低者优先的增边策略增加了119条廊道;优化后的网络连通度和连通鲁棒性均明显提升,网络中生态流更为畅通。     

基于CLUE-S模型的吴忠市土地利用时空演变及多情景模拟预测

【目的】研究不同情景下的未来土地利用时空演变格局,为合理利用土地资源、科学规划国土空间开发格局和区域高质量发展提供助力。【方法】研究团队以宁夏回族自治区吴忠市为研究对象,选取2000年、2010年和2020年3期土地利用数据,运用土地利用转移矩阵、CLUE-S模型,分析研究区2000—2020年土地利用变化特征,模拟自然增长情景、生态保护情景和经济增长情景下2030年吴忠市土地利用演变特征。【结果】1)2000—2020年吴忠市草地面积占比最大,其次是耕地和未利用地,建设用地面积不断增长;建设用地面积变化最快,并以耕地转化为建设用地为主。2)2030年建设用地面积在自然增长情景下将会减少,生态保护情景下林地面积增幅较大,经济增长情景下各土地利用类型变化较小。3）在3种情景下,吴忠市2030年土地利用结构仍然以耕地、林地、草地为主,建设用地面积在生态保护情景和经济增长情景下将呈增长的趋势,在自然增长情景下将呈减少趋势。【结论】生态保护情景下的预测结果更符合国土空间规划要求和经济社会发展的需求。该研究成果对推动吴忠市未来土地利用格局规划具有重要意义。     

珠海市农村宅基地整治潜力测算与土地整理

【目的】随着新型城镇化的快速发展,农村宅基地用地需求日益增长,土地资源紧缺,用地矛盾日趋突出,为了缓解宅基地用地问题,急需测算宅基地整治潜力,提高农村宅基地整治潜力测算的准确度。【方法】课题组基于真实完整的农村地籍调查数据,利用准确详实的宅基地房屋信息和权属调查信息,用宅基地整治潜力模型对珠海市宅基地进行潜力估算,分析宅基地潜力空间分异特征,并由此划分了宅基地整治的分区类型。【结果】1)珠海市农村宅基地的整治潜力占整个珠海市宅基地总面积的58.67%,整治潜力巨大,2个区平均每户拥有1.62宗宅基地,户均宅基地面积为177.42 m²,是标准面积(120m2)的1.48倍。2)从潜力来源看,一户多宅的宅基地整治潜力最大,占整个珠海市宅基地整治潜力的46.76%,闲置、废弃等宅基地的潜力次之,分布零散的宅基地潜力最小。3)从潜力分布看,珠海市宅基地整治潜力具有明显的空间分异特征,总体呈现“北密南疏”的空间分布格局,斗门区的整治潜力远远大于金湾区。4)珠海市宅基地可划分为重点整治区、一般整治区、弹性整治区3类整治时序分区,重点整治区是宅基地整治的重点,主要集中在斗门区...     

黄河流域农业水土资源时空匹配特征分析

【目的】探明黄河流域水土资源匹配不均衡导致的结构性缺水原因。【方法】基于"绿水"、"蓝水"的农业用水综合分析框架,采用基尼系数、广义农业水土资源匹配系数、变异系数、Spearman秩相关系数,分析黄河流域水土资源匹配状态、时空匹配特征。【结果】2010—2016年沿黄9省区灌溉"蓝水"与耕地面积在流域内部整体呈相对匹配状态;采用广义农业水土资源匹配系数法,增加降水"绿水"指标,评估得到沿黄各省套二级分区四川省(龙羊峡以上)的农业水土资源匹配程度相对较好,内蒙古自治区(内流区)较差,二者相差约2.3倍;各省套二级分区水土资源时间变异呈下降趋势,说明灌溉"蓝水"开发已趋于稳定;同一省区在不同二级分区的水土空间匹配性差异较大,其中水土资源匹配格局较好的省区灌溉"蓝水"比例较高。【结论】针对黄河流域水土资源时空匹配差异明显、开源潜力不大、节水空间有限等特点,加强区域间水系连通、实施跨流域调水工程尤为重要。     

太行山低山丘陵区坡位对土壤渗透性能影响研究

【目的】探究太行山低山丘陵区坡位对土壤渗透性能的影响,模拟不同坡位土壤水分入渗过程并选择该研究区的最适模型。【方法】选择栓皮栎林、侧柏林及撂荒地的典型坡面,通过野外调查和室内分析相结合的方法,研究了该地区不同植被类型条件下土壤渗透性能的坡位差异,分析了Horton模型、Philip模型和Kostiakov模型对不同坡位水分入渗过程的拟合效果。【结果】3种林型不同坡位间的初渗率、稳渗率及平均入渗率总体均表现为坡上坡中坡下。在栓皮栎林坡上的稳渗率比坡中及坡下分别增加了29.41%和83.33%,在侧柏林分别增加了90.43%和67.29%,在撂荒地分别增加了20.00%和36.63%。Horton模型、Philip模型和Kostiakov模型对不同坡位水分入渗过程拟合的判定系数分别为0.90、0.74和0.96。【结论】不同植被类型下的土壤渗透性能具有显著的坡位差异。在整个入渗阶段,坡上的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。Kostiakov模型和Horton入渗模型更适合研究太行山低山丘陵区坡面的土壤水分入渗过程。     

黄河流域中原城市群生态环境质量遥感动态监测与分析

【目的】分析1985—2021年黄河流域中原城市群生态环境质量。【方法】以1985—2021年陆地卫星Landsat-5TM和Landsat-8OLI遥感影像作为数据源,基于谷歌地球引擎,利用改进型遥感生态指数（ERSEI）对黄河流域中原城市群生态环境质量进行遥感动态监测与分析。利用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验分析ERSEI变化趋势的方向和显著性。【结果】1985—2021年,黄河流域中原城市群ERSEI的平均值介于0.48～0.62,增速为0.024/10 a。ERSEI在空间上呈四周区域高、中部区域低的分布模式,中原城市群的西部、中部和西南部地区的ERSEI较低,而南部和东北部地区的ERSEI较高。大部分地区的ERSEI表现出增加趋势,其中显著增加趋势的面积比例为11.48%,仅有5.76%的区域表现出显著下降趋势,33.16%区域的ERSEI相对稳定。【结论】研究区城镇建设用地不断增加,导致耕地面积持续减少,在中原城市群核心城区,受城市扩张、热岛效应的影响,生态环境质量变差,出现了显著退化趋势。     

海河流域农田氮磷面源污染的空间分布特征及关键源区识别

【目的】分析海河流域农田氮磷面源污染及对水质影响的空间分布特征,并识别关键源区,以期为该流域面源污染治理提供参考依据。【方法】基于InVEST营养物传输率模型和产水量模型,估算了海河流域农田氮磷入河负荷、河流断面氮磷入河通量和潜在氮磷径流质量浓度,结合GIS空间热点分析、水文网络分析识别面源污染关键源区。【结果】海河流域2015年氮磷入河负荷分别为2.41 kg/hm²和0.56 kg/hm²,入河总量达3.4934万t和0.8077万t,潜在氮、磷径流质量浓度分别为5.97、1.47 mg/L,约55%的河段超过地表V类水质TN、TP标准。农田氮磷污染呈明显的沿西北部山区向中南部平原方向上升的分布特征;农田氮磷入河负荷和潜在氮磷径流质量浓度的空间分布差异明显,前者高值分布在徒骇马颊河水系、漳卫河水系、子牙河水系,后者高值分布在徒骇马颊河全线、黑龙港运东河中下游、大清河支流和子牙河上游部分河段;流域水系上游或支流的潜在氮磷径流质量浓度普遍高于干流。热点区面积分别占14.45%、16.02%,贡献入河总量的23.39%、27.71%。【结论】海河流域农田氮磷面源污染较严重,西北部山区地区的污染程度低于中南部平原地区,以流域中南部、石家庄和秦皇岛的周边地区为关键源区。     

延安市退耕过程植被覆盖度变化及其影响因子分析

基于像元二分模型,利用2000—2012年的MODIS植被指数资料分析了延安市退耕还林过程中植被覆盖度的变化及影响因子。研究结果表明,2000—2012年延安市植被覆盖度呈极显著增长趋势,由43.4%增加到66.8%,增幅达53.9%。延安市各区县的植被覆盖度在波动中均呈现增长趋势,增幅较大的为子长县、延川县和延长县,分别为212.8%、134.2%和127.8%,增幅较小的为黄龙县和黄陵县,分别为28.9%和29.2%。植被覆盖状况总体呈现稳定的改善状态,改善极显著和显著的县区面积占研究区总面积的74.04%,改善不明显的县区面积占研究区总面积的23.91%,退化显著和极显著的县区面积仅占研究区总面积的2.05%。研究区高覆盖度植被和中覆盖度植被面积增加,低覆盖度植被面积减少,退耕初期由大到小表现为:低覆盖度植被面积、高覆盖度植被面积、中覆盖度植被面积,退耕后期由大到小分别为:高覆盖度植被面积、中覆盖度植被面积、低覆盖度植被面积,表明该区域植被覆盖度结构转好。植被覆盖度变化受6—8月份的降水量影响不大,相关性较低,但和累计退耕还林面积有较强的正相关性。说明退耕还林工程的实施增加了地面植被覆盖度,改善了植被覆盖的结构,植物应对环境变化的能力越来越强,降水量的年际变化对植被覆盖度造成的影响越来越小。     

松嫩平原土地盐碱化时空动态变化及影响因素分析

【目的】探究黑龙江省松嫩平原土地盐碱化时空动态变化及其影响因素。【方法】利用遥感数据解译、土壤反射率反演、相关分析和相对贡献率分析研究松嫩平原土地盐碱化面积的时空演化特征并识别土地盐碱化面积变化的主要影响因素。【结果】松嫩平原2000—2020年土地盐碱化面积总体呈下降趋势,下降速率为-13.67 km²/5 a。随着农作物播种面积与GDP的增加,齐齐哈尔市土地盐碱化程度加剧;GDP、农作物播种面积和人口数量增多加剧了绥化市盐碱化程度;哈尔滨市土地盐碱化正逐步改善,主要影响因素为GDP、农作物播种面积和牲畜数量。【结论】松嫩平原土地盐碱化面积变化主要促进因素为社会经济发展、农牧业发展,直接影响因素为气候变化,在盐碱地改良与治理过程中,应针对以上因素提出有针对性的治理措施,减少盐碱化土地面积,提高土地利用效率;同时地下水埋深呈缓慢上升趋势,因此应建立完备的灌溉和排水设施,以避免土壤次生盐碱化。