青海省湟水流域潜在地质灾害识别与易发性评价

[目的]明确青海省湟水流域地质灾害空间分布特征与规律,为该地区防灾减灾提供数据支撑与科学依据。[方法]通过小基线子集干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)技术识别地质灾害点,结合地形因素、地质因素、环境因素、气象因素、人类活动因素进行灾害空间分布规律分析,建立逻辑回归(logistic regression,LR)—频率比(frequency response,FR)模型并检验,利用返回概率值进行易发性评价。[结果]①湟水流域所分布的潜在地质灾害以滑坡、崩塌为主,多种类型潜在地质灾害并生。滑坡与不稳定斜坡通常发育于坡度较缓的山坡上,通常伴有大量张拉与剪切裂缝,尤其在雨季发育明显,对山体下方交通、居民安全构成威胁。发育于河谷两岸的滑坡与不稳定斜坡还可能阻塞河流,形成堰塞湖,进一步加剧灾害风险。崩塌多发育在岩石结构较为疏松或风化严重的陡峭山壁,因地质脆弱,加之降雨等自然因素刺激,易使山体土块、岩石块下落,对下方的居民区和交通线路构成威胁。②研究区2425—3650 m高程区间的地质灾害分布较多,东北向为地质灾害易发坡向;地质灾害易发性随归一化植被指数(normalized digital vegetation index,NDVI)增加而降低,随坡度、地形起伏度、日降水量增加而升高,随距断层距离增加而减少。③湟水流域高易发区及较高易发区,面积约5937.60 km 2,占研究区总面积约38.78%,主要集中在湟水流域南、北边缘地区,湟中、大通、海晏交界处,以及建筑区周边边坡上。④对评价结果进行检验,模型预测性能受试者特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC曲线)线下面积(area under curve,AUC)为0.787,易发区由高至低FR逐级减小,与实际灾害点的分布具有良好的一致性。⑤断层核密度为湟水流域地质灾害发育的主控因子,坡向、地形起伏度、道路核密度次之,剖面曲率对地质灾害发育影响最小。[结论]①利用SBAS-InSAR技术能有效识别湟水流域潜在地质灾害,LR-FR模型获得的易发性评价结果可靠。②湟水流域地质灾害易发区的分布具有明显的空间差异性,主要分布在海拔较高、植被覆盖率较低、降雨量较大、距离断层近的地区,断层核密度为地质灾害易发性的主控因子。③湟水流域的地质灾害具有多发性、突发性和高风险性的特点,给当地居民生活、区域经济发展及生态环境带来了严重的影响。因此,对其进行监测、预警和防治工作显得尤为重要。

基于通量贡献法的河流断面污染定量溯源

控制单元水质目标管理背景下,需要对影响河湖水质的污染物进行溯源。以湟水河流域为例,将污染源按照点源和非点源进行分类量化,基于污染物通量贡献溯源方法,利用清单分析法、输出系数法对点源和非点源的氨氮、TP入河量及其贡献率进行核算,根据贡献率识别主要点源类型及其位置,并在乡镇尺度识别非点源污染热点区、重点污染源种类。结果表明:点源中,污水处理厂和工业源对氨氮的贡献率最大,规模化畜禽养殖场对TP的贡献率最大;点源主要分布在湟水河中游和西宁市城区,且点源在旱季对断面污染物的影响远大于雨季;非点源单元中,湟水河流域一些乡镇的城镇生活源是边墙村断面氨氮的重要来源,湟水河流域中游和上游一些乡镇的非点源对边墙村断面TP有重要影响,其中城镇生活源、农业种植源是TP的重要来源。

湟水流域典型区农业面源污染特征解析及空间格局

【目的】明确湟水流域农业面源污染排放的时空特征及污染贡献来源。【方法】采用排污系数法估算湟水流域典型区2010—2018年总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、氨态氮(NH_(3)-N)的排放量和排放强度,运用时空分析及冷热点分析揭示不同类型农业面源污染的时空演变及空间格局。【结果】从时间上看,来自畜禽养殖和农村生活源的污染排放量呈上升趋势,来自种植业源的污染排放量呈下降趋势;从污染物排放类型来看,TN、COD、NH_(3)-N排放量增加,TP排放量减少;从空间分布上看,污染排放强度在峡门桥和金滩断面区域较小,进入新宁桥后整体较高;排放负荷贡献率为畜禽养殖业>农村生活>种植业,其中COD为首要污染物。从冷热点分析来看,热点区主要分布在桥头桥、新宁大通桥、西钢桥、西宁城东区,冷点区主要分布在金滩及三其桥区域,污染物排放强度整体呈增加趋势,局部地区集聚程度减弱。【结论】湟水流域农业面源污染程度及主要污染来源具有显著差异,应重点关注畜禽养殖业造成的面源污染,尤其需重视COD的减排;在重点防控区域方面,应重点关注进入新宁桥断面后的区域。研究结果可为湟水流域农业面源污染治理提供理论依据。

湟水流域绿水管理模拟与水-沙-质协同调控效果评价

在黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,流域上游实施绿水管理对于涵养水源、保护脆弱生态,以及缓解流域缺水形势具有重要意义。选取黄河流域上游的湟水流域构建SWAT水文模型,模拟等高耕作、残茬覆盖、石线、梯田和15°以上坡地退耕还林等5种绿水管理措施,分析水量、水沙和水质的变化;结合水-沙-质管理协同水平,探究不同措施的效果与适用性。结果表明,15°以上坡地退耕还林在增加产水量和地下水补给方面效果最优,分别为1.77×107m3和1.72×107m3;等高耕作和石线能有效调节年内径流分配、削减汛期径流量。5种措施均能削减产沙负荷,其中梯田和石线的效果较显著,削减率分别为13.5%和13.0%。5种措施均能减少总氮(TN)和总磷(TP)负荷量,且干旱年削减率高于湿润年;梯田和等高耕作削减效果较好,削减率分别为24.6%、14.7%(TN)和45.3%、21.9%(TP)。通过水-沙-质管理协同分析,除残茬覆盖为高等耦合外,其他4种情景下均能达到优等耦合;耦合协调度由大到小依次为梯田、15°以上坡地退耕还林、石线、等高耕作、残茬覆盖。研究结果可为黄河流域绿水管理措施选取和水资源优化配置提供参考。

基于XGBoost模型的湟水流域耕地土壤养分遥感反演

湟水流域是河湟谷地重要的组成部分,协同环境因素预测土壤养分空间分布对农业土壤养分管理尤为重要。土壤养分反演研究中对于参数对模型结果的影响和模型适用性的研究较少。选取研究区地形因子、土壤pH及光谱反射率共28个因子,结合贝叶斯优化算法构建人工神经网络(ANN)、支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)3种机器学习模型预测耕地土壤养分空间分布,计算决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)评价3种模型的精度。结果表明:(1)基于贝叶斯优化超参数的XGBoost模型对全氮(TN)含量预测精度优于其他模型(R2=0.893,RMSE=0.359,RPD=2.470),预测土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量时,XGBoost模型验证集R2分别为0.801、0.509、0.442。(2)对比3种模型的寻优次数和误差发现,BOA-XGBoost模型参数优化次数少、效率高,具有更好的鲁棒性。对于不同的养分,ANN和SVM模型预测精度存在差异,SVM模型预测SOM含量时精度更高(RPD=1.580),而ANN模型预测TN时精度最佳(RPD=2.460)。基于贝叶斯算法进行超参数优化构建的XGBoost模型预测精度高,可以达到良好的预测效果,可为湟水流域精准农业施肥提供参考。

基于生态资产的湟水流域生态保护效益评估

生态资产是能够为人类带来效益和提供服务的生态系统,评估生态资产变化可以从客观上了解生态保护效果。地处青藏高原与黄土高原过渡区的湟水流域生态环境脆弱敏感,人类活动强度大,是21世纪以来生态保护政策与工程实施的重点区域。本文通过核算湟水流域生态资产的存量与流量,全面分析流域生态资产特征及其变化,以探究生态保护效益。结果表明:(1)2020年湟水流域生态资产综合指数为30.98,高于青海省平均水平,生态资产流量价值为1.07×10^(11)元;2000—2020年生态资产质量整体提升,流量价值增益343.11%。(2)社会经济因素对生态资产增益影响力大。(3)流域内生态资产稳步提升,生态保护修复已取得一定成效,但生态资产空间分异显著,局地生态保护压力依然很大。该研究对掌握湟水流域生态状况、指导生态资产保护具有重要意义。

湟水流域西宁段产业结构升级与生态效率提升的耦合路径识别

协调好湟水流域产业结构升级与生态保护的关系,对推动黄河流域高质量发展、祁连山生态屏障建设及区域可持续发展意义重大。基于湟水流域西宁段7县区2010—2021年面板数据,运用Super-Undesirable SBM模型和扩展的耦合协调模型对产业结构升级、生态效率提升及两系统耦合协调水平进行测算评价,并借助坐标分类法对路径进行识别。结果表明:(1)样本区产业结构升级与生态效率提升水平区域差异显著,且呈现出“中心凸出、两边薄弱”的空间分布。(2)样本区内各县区整体耦合协调水平不高,区域差异显著,且大部分处于过渡耦合阶段,弹性较弱。(3)产业结构升级固化是该区域耦合协调水平较低的主要制约;耦合路径发展中应重点关注“双低”类型区域,同时避免陷入“低水平协调”陷阱。最后从内部突破资源约束与外部实现制度均衡分配2个维度提出相关发展建议。研究结果可为实现湟水流域西宁段高质量发展提供参考。

青海湟水流域基于改进的MLP大气加权平均温度模型研究

为尽可能地提高大气加权平均温度的估计精度,利用神经网络所建立的大气加权平均温度模型,却未顾及大气加权平均温度的长期变化趋势。因此,本文利用全球气候第五代再分析数据集和大气逐层数据,考虑大气加权平均温度的年际变化,基于多层感知器建立了湟水流域大气加权平均温度模型,并使用探空数据与已有的六种模型进行了比较验证分析。结果表明:本模型的年均偏差和均方根误差分别为–0.01 K、2.71 K;均方根误差相比于Bevis式、双因子、多因子、全球气压温度3(global pressure and temperature 3,GPT3)、改进的GPT3模型、谢劭峰等(2022)方法分别减小了32%、23%、15%、14%、7%、5%。验证了引入年际变化因子可进一步提高神经网络模型的精度,建立了目前湟水流域精度相对最优的大气加权平均温度模型。

基于突变理论的湟水河流域崩滑易发性评价

湟水河流域是黄河上游重要支流,是青海省政治经济文化中心,也是全省地质灾害高发区域。流域内灾害种类多,发生频率高,经济损失和人员伤亡较大。流域内地质灾害分布有一定地域特征,通过对湟水河流域地形地貌、地质岩组、地质构造、水文气象、人类工程活动分析,构建了地质灾害易发性划分标准,将湟水河流域崩滑灾害易发性分为极高易发区、高易发区、中易发区、低易发区、极低易发区5个等级。基于MATLAB编程的突变级数理论平台,充分考虑了各评价因子的内在关系,将单点灾害危险性评价扩展到区域灾害易发性评价。通过ROC对评价结果验证表明,该方法准确率高,可为地质灾害防治提供理论支持。

湟水河流域景观格局与生态风险时空特征及驱动因子探测

[目的]分析景观格局变化特征及景观生态风险时空演变规律与影响驱动因子,为流域综合治理,生态系统管理和可持续发展提供理论依据。[方法]基于湟水河流域2000,2010,2020年3期土地利用数据,采用景观指数法构建流域景观生态风险评价模型,耦合ArcGIS 10.6,Fragstats 4.2,GeoDa 1.20讨论景观格局与生态风险的时空动态特征,利用地理探测器识别驱动景观生态风险空间分异的主导因子。[结果]①草地和耕地是湟水河流域的优势地类,土地转移主要发生在耕地、草地和建设用地之间,城市扩张是近20 a土地利用变化的主要特征。②2000—2020年景观生态风险先增后减小,生态服务价值与景观生态风险表现出负相关性。③景观生态风险空间分布主要呈现“高—高”和“低—低”集聚,高程是导致景观生态风险空间格局分异的主导因子,因子交互作用对景观生态风险空间分异有增强效应。④景观生态风险空间格局具有明显的海拔梯度效应。可根据海拔梯度将湟水河流域划分为重点管控区、严格管控区和一般管控区。[结论]生态治理和生态修复是湟水河流域景观生态风险指数下降的主要原因,不同生态风险空间管控区应采取差异化调控措施,土地利用优化管理与用途管制在生态风险调控中需高度关注。

青海省湟水河流域455个草本植物样方调查数据集

青海省湟水河作为黄河上游重要支流,发源于青海省海北藏族自治州海晏县,流经青海省西宁市和海东市,掌握湟水河流域植物群落本底数据对于评估青藏高原的生态系统功能与服务,研究其对全球环境变化的反馈作用有着重要意义。本文整理了2021-2022年夏季两次对西宁市和海东市以及海北藏族自治州海晏县的湟水河流域草本植物群落的野外调查数据,共计455个样方,4113条植物数据,其中包括了277个植物物种(隶属于55科172属),并计算了455个草本植物样方的相关多样性指数(即物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数),为青藏高原湟水河流域植被群落及其生态系统研究和生物多样性保护与管理提供了本底信息。

基于非合作博弈高污染行业绿色低碳转型分析

目前我国黄河流域的生态环境及经济状况形势严峻,从协同发展角度来看,为解决黄河流域生态保护和高质量发展问题,以湟水流域支流为例,构建青海省政府促进湟水流域高污染行业是否主动转型的博弈模型,分析政府与企业之间的决策过程、博弈结果以及博弈均衡的改善,加强政府和企业的协同能力。结果表明:(1)碳排放费用的高低影响了企业低碳化转型的动力;(2)政府督促成本与环境收益直接影响政府的促进效果;(3)绿色低碳化转型所需技术成本过高,小企业无力承担。最后根据博弈结果分析提出相应的低碳转型政策建议。

基于CLUE-S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟

基于CLUE-S模型,以青海湟水流域为研究区,分别利用1987年和1996年两期土地利用数据,运用逻辑斯蒂逐步回归方法选择自然和社会经济等18种驱动因子,对湟水流域2007年土地利用空间分布格局进行模拟。在此基础上,构建流域2008—2027年土地利用变化的4种不同情景,并模拟了4种情景下2027年土地利用空间分布格局。研究结果表明:(1)两期模拟总体精度分别达到了88.31%和89.96%,4种Kappa指数均大于0.82,表明CLUE-S模型在湟水流域具有良好的土地利用模拟能力。(2)流域2008—2027年不同情景下,城乡居住建设用地在4种情景下均表现为明显增加,主要沿湟水河谷区域扩展,而3种退耕情景下的坡耕地空间格局模拟结果存在着明显的空间差异,从情景二、情景三到情景四,流域内坡耕地范围逐步减小,林地、草地面积范围增大,退耕部分主要分布在流域东部、西部和北部:东部地区退耕的范围主要是集中在乐都县和民和县;北部地区退耕的范围主要是集中在大通县县城北部;西部地区退耕范围则主要在湟源县县城西北部的湟水河两岸。研究结论可为湟水流域未来土地利用管理、规划及政策的制定等提供参考依据和决策支持。

青海省湟水盆地全新世活动断裂分布及其活动特征研究

在详细的航卫片解译、地震地质调查、古地震与历史地震研究的基础上,向人们展示了湟水构造盆地全新世断层的活动图像,对地震活动作出趋势性预测,并且发现,盆地东部为一地壳稳定性较差的活动构造块体,应引起地震工作者的足够重视.

^(137)Cs示踪法研究湟水上游和布哈河下游区域土壤侵蚀强度

通过137Cs示踪技术,并采用土壤剖面核素单位面积浓度与背景值之间的理论模型,对布哈河下游和青海湖东北岸湟水上游区域的土壤侵蚀进行了研究,结果表明:137Cs面积活度与植被盖度之间存在着正相关关系,两区域相关系数为0.93。湟水上游河谷土壤侵蚀模数在87.62~1 458.41t·km-2·a-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为933.31 t·km-2·a-1。布哈河下游区域土壤侵蚀模数在431.03~2 072.39 t·km-2·a-1之间,采样点平均土壤侵蚀模数为1 256.97 t·km-2·a-1。布哈河下游区域较湟水上游区域侵蚀严重,在较长的时期内两地大部分区域均处于轻度侵蚀阶段,湟水上游北部和布哈河下游西北部处于微度侵蚀阶段。

青海湟水河流域水土流失原因及防治措施分析

湟水河流域水土流失面积7623.9 km2,占流域总面积的47.3%,人为侵蚀在整个流域范围内均有发生,近年来呈加剧趋势,基于湟水河流域水土流失比较严重的现状,分析了湟水河流域水土流失的原因,并提出了防治湟水河流域水土流失的措施和对策。

Kriging插值模型在地下水位监测网优化中的应用

目前运行的地下水监测网存在着很多问题,很难适应现代社会对信息的需求,需要对地下水监测网进行优化。详细介绍了Kriging插值模型的建立及求解过程,并运用该模型对黄水河流域平原区进行了地下水水位监测网的优化,得到了备选方案,然后根据具体的优化目标选出最优方案,结果较为合理。Kriging插值模型充分考虑了水文地质条件的影响,是优化地下水监测网密度的有效方法。

基于SWAT模型的湟水流域蓝绿水与不同土地利用类型的绿水差异研究

蓝绿水的时空分布直接关系到一个地区的水资源与粮食安全。本文利用SWAT分析了1981-2000年间蓝绿水随时间的变化规律以及不同土地利用类型绿水分异规律。研究表明:1981-2000年间湟水流域蓝绿水均来源于降水,绿水资源约为蓝水的3.8倍;年均绿水流在不同的土地利用类型中差异明显,农业用地最大,居民用地最小;绿水贮存量较为丰富的是湿地和中低覆盖度的草甸;选取1981-1985年和1996-2000年分别为研究的前期和后期,得到农业用地的绿水流、绿水贮存变化量与作物生长周期和管理条件密切相关。

青海湟水河流域退耕还林政策实施效益分析

对湟水河流域8个县的退耕农户进行问卷调查,利用SPSS12.0软件分析农户对退耕还林的态度和对生态环境的意识,并采用Logistic回归模型对两者的影响因素进行分析。结果表明,农户对退耕还林政策基本持支持态度,而且认为实施退耕还林工程后周边的生态环境有所改善。在5个影响因素中,农户性别、受教育程度和人均收入是影响农户对退耕还林态度和对生态环境意识的显著性因素。总的来说,退耕还林工程对农民的根本利益产生了正面影响,但也存在一些负面影响,针对存在问题提出了合理的政策建议,以期为当地政府及相关部门提供参考。

青海湟水盆地活动断裂构造格架激光散斑模拟试验研究

将最新研究的湟水盆地断裂构造格架设置于合理的试验材料之上，进行激光散斑模型模拟试验，取得了断裂活动特征的量化显示结果，并用于评价区域地壳稳定性．