“三水”统筹的流域水生态环境分区管控技术与实践

基于“三水”(水生态、水环境、水资源)统筹,开展流域空间精细化管控对推进新时代流域协同保护与治理具有重要意义。按照“‘三水’问题识别—‘三水’分区划定—质量目标确定—管控单元集成”的思路,构建了流域水生态环境分区管控技术方法。以白洋淀流域为实践对象,识别出流域性突出生态环境问题;衔接现有水生态环境管理分区与政策要求,划定生态保护红线、环境质量底线及资源利用上线;明确“三水”分区域差异化生态环境管理目标与资源环境承载约束,聚类叠“三水”分区并综合划定水生态环境综合管控单元、制定结构化生态环境准入清单。

生态系统服务供给与需求的理论与管理方法

生态系统服务是当前可持续科学研究的热点之一。随着环境保护与管理需求的不断增加,政策制定者希望将生态系统服务信息更多地融入管理实践中。由于理论的不确定性和研究方法的局限性,如何准确地评价生态系统服务、如何考虑不同利益相关者的需求,提取重要的生态系统服务信息给决策者参考,仍然是当前该领域研究的难点。基于生态系统服务的产生、传递和消耗过程,区分生态系统服务的潜在供给、实际供给和人类需求;引入生态系统服务供需比和供给率两个指标,为区域间自然资源资产的比较提供一种方法;以白洋淀流域为案例,采用生态系统服务矩阵法,结合GIS空间模拟技术,揭示生态系统服务供给与需求的空间特征。白洋淀流域2010年生态系统服务的供给率和供需比分别是:0.4966和0.1131,说明流域生态系统服务供给状态较好,且处于盈余状态。对流域内供给率较高且供给处于盈余的区域,应作为生态保护与补偿的主要区域;对生态系统服务需求较大的区域应进行必要的生态建设与修复。研究结果为区域生态环境管理和政策制定提供了实际的科学依据。

河流生态廊道提取方法研究及其应用思路

随着交叉学科的发展和技术手段的进步,将河流及其周边生态环境视为整体的理念和研究逐渐受到重视,然而国内对河流生态廊道的研究较少。总结了河流生态廊道的基础理论和提取方法。河流生态廊道可以依据区域规划、通过实地观测等手段直接提取,也可以采用“源地识别-阻力面构建-廊道提取”的框架间接提取。对直接和间接提取方法进行了详细的总结并分析了他们的优势和劣势,发现间接提取方法更具实践意义,且应用的流域面积更大。根据间接提取方式的特点,提出白洋淀-大清河流域河流生态廊道提取的思路。结合区域流域协同治理理念,逐步形成以白洋淀为中心、向周边辐射的河流生态廊道,实现流域水质提升、生物多样性稳定等目标,全面提升生态环境质量。在河流生态廊道提取科学性提升和提取过程中廊道宽度优化等薄弱环节提出未来研究方向。

从属地治理到统分结合——白洋淀流域生态环境管理体制变革的应然进路

针对白洋淀流域生态环境在属地治理运行体制下基层政府的治理疲态和治理动力不足、流域治理效能大为缩减的现实问题,建立统分结合管理体制既要求科学规范属地治理,又强调建立流域管理机构以实现各主体、各要素在流域空间单元的交流互通,是破解白洋淀流域生态环境管理体制困境的应然进路。面向统分结合的管理体制再造,应当从法律定位、法定职责以及与属地政府间关系三个方面搭建白洋淀流域生态环境管理机构雏形,并以明确白洋淀流域省、市、县、乡镇(街道)四级政府的职责分工为出发点,阻断“分锅避责”的责任转嫁路径;还需从法规完善、强化协同、资金保障、信息互通、科学决策五个方面对夯实统分结合管理体制的关键事项加以明确。

大清河流域水工程联合防洪调度研究

白洋淀是大清河流域重要枢纽工程,基于雄安新区建设对大清河流域防洪提出更高的要求,大清河流域水工程联合防洪调度研究显得尤为重要。本文以白洋淀最高水位最小作为联合防洪调度目标,建立联合防洪调度模型并进行求解。在保证水库工程安全的前提下,进行了不同洪水条件下的联合防洪调度研究,通过优化调度,可保证在遭遇百年一遇洪水不开启文安洼蓄滞洪区;在一定程度上降低了白洋淀最高水位,可有效减轻了堤防和白洋淀防洪压力,为保障雄安新区防洪安全提供支撑。

白洋淀流域湿地连通性研究

湿地在流域防洪减灾、水资源调节、缓解环境污染、保护生物多样性和维持区域生态环境方面具有重要功能和价值。作为我国北方平原湿地系统之一,白洋淀流域湿地对于保障雄安新区的水资源安全和良好生态环境等方面具有关键性作用。了解目前白洋淀流域湿地生态系统的现状对于新区建设和未来科学规划也具有重要意义。以2017年9月欧空局提供的10米分辨率的Sentinel-2B影像为主要数据源,并结合谷歌地球高分辨率卫星影像(分辨率0.23m),通过人工目视解译和机器自动分类等多种方式,绘制了白洋淀流域最新的湿地生态系统网络分布图;在此基础上,利用地理信息系统分析了白洋淀流域湿地的连通性(包括水文连通性和景观连通性)。结果显示:(1)2017年白洋淀流域湿地面积为4596.6km^2,包括沼泽、洪泛区、沟渠、湖泊、河流,主要分布在坡度为0°至2°,海拔在100m以下的平坦地区;而流域内非湿地面积约86%,以耕地和林地为主。(2)2017年白洋淀流域河道长度为2440km,面积为514 km^2,其中山区河道177 km^2,平原河道337 km^2。河道内耕地面积比例达27%,建设用地比例约为8%,河道占用明显。河道两侧1km、2km和3km距离范围内耕地比例分别占61.77%、62.53%、62.63%。随着距离的扩大,湿地面积减少,非湿地面积增加。(3)由于人类活动的直接和间接影响,河道的水文连通性下降,与河道没有受到干扰时的连通性水平相比,减少了三分之一。(4)从景观格局指数SPLIT和DIVISION指示的流域湿地连通性看,景观级别上流域内自然湿地的景观连通性最差,人工湿地次之。在类型级别上沼泽类型的连通性最差,河流、沟渠与洪泛区湿地类型的连通性较好,湖泊的景观连通性最好。为保障白洋淀流域水安全,以流域湿地网络为整体,恢复和增强流域湿地网络连通性,将有效提高雄安新区水资源安全和生态环境保护的能力。

基于InVEST模型的白洋淀-大清河流域水源涵养分析

白洋淀—大清河流域是雄安新区重要的水源地和生态屏障。为探明该区产水功能的分布格局,揭示水源涵养能力空间分布的特殊规律,基于InVEST模型Water Yeild模块评估流域产水并计算水源涵养量,运用地统计学方法求得不同条件下的水源涵养空间差异。结果表明,大清河流域产水总量为35.8亿m^(3),水源涵养总量为1.7亿m^(3),平均产水量为83.91 mm;流域产水量与水源涵养量的空间变化趋势基本一致,表现为自西北太行山区向中部浅山丘陵区缓慢增加,再自中部往东南部平原区逐渐减少。说明降水差异、地形地貌、土地利用和人类干扰等因素对涵养功能影响较大;综合区域的自然条件与相关研究,中部丘陵区雨量充沛,受到人类活动影响小且裸土、灌木林占地面积广阔,水源涵养提升潜力较大,可通过优化植被种类与结构,特别是增加低耗水的灌木林来提高流域水源涵养能力。

白洋淀上游河流水环境风险评价

水环境风险评价是水环境污染防治和风险管理的基础。基于白洋淀上游主要入淀河流现状,综合考虑风险源、河流特性、自然地理及社会发展条件、水污染治理能力等因素,构建了考虑上游河段环境风险影响的白洋淀上游河流水环境风险评价体系,采用改进层次分析法和综合指数加权求和法,评价了白洋淀上游河流水环境风险。结果表明:2017年,白洋淀上游入淀河流总体处于中风险等级,孝义河个别河段处于高风险等级;环保投资占GDP比重、单位耕地面积化肥施用量和河流水质现状等评价指标是影响入淀河流水环境风险水平的主要因素。白洋淀上游河流水环境改善的主要措施包括加大环境保护投资占GDP比重、妥善处理经济增长与农业面源污染的关系、降低化肥施用强度、加大河流治理力度,研究可为白洋淀上游入淀河流生态环境的治理与修复提供参考。

府河-白洋淀硝酸盐来源判定及迁移转化规律

近年来白洋淀流域内经济高速发展、人口增加,生活污水排放量增大,严重威胁府河和白洋淀水质,其中硝酸盐浓度过高引发的水体富营养化是河流系统面临的重要难题。以白洋淀和唯一一条常年有水的入淀河流——府河为研究对象,结合水化学、水中氢氧同位素(δ~2H、δ^(18)O)和硝酸盐氮同位素(δ^(15)N)的方法 ,分析2008—2016年水化学特征和水化学类型变化,明确府河-白洋淀淀区硝酸盐污染来源以及沿程迁移转化规律,为其水质富营养化管理提供参考。研究结果表明:府河2008年硝酸盐δ^(15)N值>10‰,2014年硝酸盐δ^(15)N值的变化范围是2.07‰~18.49‰,府河硝酸盐主要来自于保定市和沿府河村落的生活污水;但2009年硝酸盐δ^(15)N值的变化范围是-3.7‰~4‰,府河硝酸盐主要来源于工业废水。白洋淀淀区2008年和2014年硝酸盐δ^(15)N值的变化范围分别是5.8‰~11.7‰和3.31‰~12.53‰,2009年δ^(15)N值的变化范围是-3.8‰~0.7‰,说明府河的生活污水和工业废水是白洋淀淀区硝酸盐的主要来源。2008—2014年Cl^-和SO_4^(2-)浓度比例逐渐减小,工业废水和生活污水的排入受到控制;2009年因工业废水的排放NO3-浓度超过50 mg·L^(-1),2014年和2016年NO_3^-浓度未超标;控制硝酸盐浓度变化的主要因素是降水稀释、外源输入及反硝化脱氮作用,当溶解氧(DO)小于2 mg·L^(-1)时,硝酸盐的减少主要受反硝化作用影响。

白洋淀流域生态安全的立法审视与完善进路

基于白洋淀流域生态安全的要素分析,其立法需求主要体现在流域生态空间规划管控制度特定化、流域水资源刚性约束制度系统化、流域水污染防治制度具体化和流域生态保护修复制度多元化四个方面。对照流域现有立法发现,中央立法针对性、支撑性不足,省级一般立法和白洋淀流域专门立法之间存在不一致,设区市立法的细化补充功能难以有效发挥等方面的问题十分突出。究其根源,在于早期经济优先观念造成白洋淀流域环境保护滞后,白洋淀流域生态环境治理和保护的复杂性、特殊性以及我国流域专门立法起步晚、经验少。为此,建议通过以下三个方面满足白洋淀流域生态安全的现实需要:一是加快水事法律革新,为流域专门立法提供充分依据;二是梳理整合相关立法,完善以《白洋淀生态环境治理和保护条例》为核心的政策法律体系;三是先行先试,实现白洋淀流域地方立法特色创新。

基于雄安新区水源涵养的山水林田湖草综合治理措施构想

大清河流域是京津冀地区自太行山向海洋的最重要生态廊道,白洋淀为该生态廊道的咽喉。白洋淀及其组成水系和大中型水库共同起行洪和调蓄洪水之作用,不仅对保定市、雄安新区等城乡防灾减灾具有重要保障作用,而且承担和保障大清河流域"生产、生活、生态"供水之任务,因此,研究和探索流域国土空间规划,实施山水林田湖草综合治理,恢复流域调蓄水功能,对保障雄安新区规划与建设目标的实现具有重要意义。为此,运用文献研究、经验分析、工程类比等方法,在大清河流域自然与社会基础主要要素分析基础上,从流域的生态廊道地位和作用、水资源涵养功能及其产水能力、防洪减灾地位与作用3个方面分析大清河流域生态环境对雄安新区的保障作用,指出流域水资源问题是影响和制约雄安新区建设和发展的关键之一。概略地测算出大清河流域总降水量为264.11亿m3,其中,流域水资源(包括地表水和地下水)只有64.65亿m3,仅占总降水量的24.5%;其余大部分蒸发进入大气或通过地表径流而流入海洋或渗入地下转化为包气带水,说明大清河流域水源涵养功能很差。人类强烈活动对流域下垫面进行了过度改造,影响和破坏了流域的汇水、径流、渗水、含水等功能,是造成流域水源涵养功能下降的重要原因之一。针对流域水资源问题及其成因,提出了缓解雄安新区水资源供需矛盾和确保大清河流域生态安全的山水林田湖草综合治理措施构想,包括大清河流域国土空间治理体系宏观调控、地表水调蓄与地下水开采布局联合调整、结合土地整治的地表水治理等6项措施。

白洋淀流域农村河长制二元递进共治机制及途径研究

白洋淀流域水治理进入河长制实施新时期,存在政策落地不彻底、公众参与不足等问题。基于乡村治理理论,以白洋淀淀区288份农户有效调研问卷为样本,运用二元logistic模型分析农户个人特征、心理认知、政府手段、权利保障对农户参与水环境治理意愿的影响,研究结果表明:①个人特征方面:农户个人特征对参与水环境治理意愿影响不显著;②心理认知方面:农户水治理付费意愿对参与水环境治理有显著负向影响,农户水环境治理现状认知对其影响不显著;③政策手段方面:农户对政府水治理政策和回应人民诉求的满意程度对参与水环境治理意愿有显著正向影响;④权利保障方面:政府对农户水环境民生权和知情权的保障对参与水环境治理意愿有显著正向影响,政府对水环境诉讼权的保障对其影响不显著。因此提出政府与农户参与二元水环境共治递进机制,以及政策横纵递进,农民参与“三民化”递进并渐向多元善治型升级的河长制演进路径。

白洋淀流域水权交易制度研究

白洋淀流域水资源短缺等问题严重制约雄安新区的建设,完善该流域水权交易制度对于水资源的优化配置,促进环境、经济与社会全面发展有重大意义。文章结合目前国内外水权研究理论,分析了针对目前国内水权交易制度存在水权交易立法体系化不完整,水权主体界定不明确,水权交易的监管制度欠缺,欠缺水权交易信息系统,水权交易纠纷处理机制不健全等问题。白洋淀流域水权交易制度完善应:(1)完善水权交易的法律体系;(2)建立科学的资源定价机制;(3)建立完善的水权交易登记机制;(4)建立完备的水权交易信息系统;(5)建立水权交易纠纷处理机制。文章对《白洋淀水资源保护条例》有关水权交易制度做了探讨性设计。

2018—2019年引黄入冀补淀工程沉沙池运行效果分析

引黄入冀补淀工程对雄安新区水资源供给有重要作用,其沉沙池的运行效果直接影响工程的正常运行。根据2018—2019年泥沙监测断面所测含沙量数据,综合分析清池周期、沉沙率、来沙系数和输沙率的变化规律,发现沉沙池的沉沙率为95.56%,远高于80%~85%的设计标准;沉沙池来沙量为81.7万t、沉沙78.07万t,沉沙效果较好;沉沙池淤满时间约为3.6 a,清池周期适中,使用效果较好。

引黄入冀补淀工程沉沙池设计优化研究

黄河是一条多泥沙河流,引水必然引沙,在引黄工程渠首修建沉沙池,使泥沙在特定区域集中沉积处理,将泥沙造成的环境问题限制在较小的范围内,保证总干渠清水下泄,是引黄工程成败的关键。采用准静水沉降法的原理,对选定的2条条渠梭型沉沙池方案进行了分析计算。鉴于沉沙池所占的土地均为农田,为节省土地和投资,选择沉沙池条渠底宽450 m方案。按照计算,沉沙池每年淤沙量233万m3,需处理的泥沙量较大,泥沙处理问题将成为引黄入冀补淀工程最大的环境制约因素。经多方面调研,近期泥沙处理初拟方案为:优先选择低洼和闲置土地堆放,并进行平整,覆盖原状土,做好水利配套设施;黄河泥沙作为土源可以成为工程用土。

大清河-白洋淀流域生态功能评价及分区初探

基于生态系统服务功能对流域生态环境进行功能分区是流域生态环境保护与修复的重要基础.本研究使用InVEST模型,对大清河-白洋淀流域2010、2015及2018年的生境质量、碳储量及土壤侵蚀等生态系统服务功能进行评价.结果表明:2010—2015年流域生态环境相对稳定;2015—2018年生境质量提升,土壤侵蚀缓解,但碳储量有所下降;流域内72.91%的区域处于中度敏感状态,3.99%的区域处于高度敏感状态,生态功能现状不容乐观.在此基础上叠加分析各子功能评价地图,将研究区划分为3个一级功能区及7个二级功能区,旨在今后对各功能区采取针对性的利用和管理策略,以维持和改善生境质量,为区域可持续发展提供支撑.

过去300 a大清河上游南部流域耕地变化重建

过去300 a耕地变化重建是环境变化研究的基础。华北地区河湖演变对历史土地开垦的影响需要在历史耕地重建时予以考虑。论文基于清代地方志、民国统计资料和现代土地利用数据,通过量化坡度和历史时期潜在耕地垦殖率因子,建立宜垦性模型,重建过去300 a白洋淀与大清河上游南部流域5个时间断面上空间分辨率为1km×1 km的耕地变化,并结合大清河南支的河道变迁和白洋淀演变过程分析了县域尺度下河道变迁、湖群演变对土地开垦过程的影响。结果表明:①近300 a来研究区开垦范围向山区扩展,开垦强度不断加深,平均垦殖率由1646年的0.162增至1980年代的0.579;②白洋淀收缩为安新、容城、任丘、高阳和蠡县土地开垦提供良好的物质基础,清中后期5县垦殖率较同期周围县高约3%~40%不等,且增长速度明显快于周围县;③古河道为肃宁、河间、任丘和安国的土地开垦提供了物质基础,河流改道后肃宁、河间和任丘的垦殖率分别增长为原来的2.12、2.6和2.86倍;安国垦殖率增长了37%,为同期增长最为显著的县;④新河道虽会冲毁部分土地,但泛滥区却能为土地开垦提供物质基础,故途经地垦殖率有增有减,蠡县和高阳的垦殖率分别增加为原来的1.80倍和1.88倍,望都、清苑垦殖率分别增加3%、4%,定州垦殖率减少4%。