辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明:①三种生态系统服务在各尺度上(除100m尺度)均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。

河流突发水污染事件峰值模拟及预警研究

为了最大程度地降低突发水污染事件带来的损失,采用MIKE11水动力—水质耦合模型,对太子河流域本溪段突发水污染事件进行模拟。模型验证的结果表明,构建的水动力—水质耦合模型满足精度要求。模拟4种情景的含挥发酚废水超标排放,结果表明:在相同条件下,污染物峰值浓度与排放强度、瞬时排放量呈正相关;排放地点距离监测断面越近,污染物峰值浓度越高;排放强度不会影响污染物到达监测断面及峰值浓度的时间。不同挥发酚超标排放的模拟结果可以为相关河流突发水污染事件提供预测预警,还可以为应急处置提供参考。

基于生态系统服务价值的浑河-太子河流域生态承载力分析

探究流域生态承载力变化是协调人类活动与资源压力、经济增长与生态保护、人地和谐与可持续发展的关键,可为城市群流域生态系统服务与生物资源生态承载力评估提供参考。基于遥感和统计数据,分析了辽宁中部城市群所在的浑河-太子河流域1990-2018年长时间序列的土地利用变化,并以居民消费指数(CPI)和粮食产量修正的生态系统服务价值当量为基础,以生态足迹模型为框架,研究浑太流域生态服务价值与具有生态服务功能的森林、草地、农田、水生态系统的生物资源生态承载力变化。结果显示,林地和耕地为浑河-太子河流域主要用地类型,二者主要呈东西分布,1990-2018年建设用地增加最多,面积达11.97×10^(4)hm^(2),主要由耕地和林地转入。浑太流域1990年、2000年、2010年、2018年的生态系统服务价值(ESV)分别为1117.04×10^(8)、653.35×10^(8)、1182.83×10^(8)、1215.34×10^(8)元,1990-2000年ESV总值下降最明显,达到了41.51%,2000-2010年涨幅最高,为81.05%,1990-2018年涨幅为8.80%,调节服务为流域主导功能。浑太流域生物资源生态承载力空间上大体呈东高西低分布,低值区域主要出现在城市群主城区;时间上总体稳定,1990年生物资源生态承载力最强,为281.20×10^(4) ghm^(2),生态赤字仅出现在2000年。研究表明,浑河-太子河流域生态系统服务功能对区域生态稳定有重要作用。

太子河流域平原区浅层地下水化学特征及水质分析

为掌握太子河流域平原区浅层地下水化学特征及水质状况,本文应用水化学成分分析法、相关性分析法、舒卡列夫分类法、Piper三线图解法、模糊综合评价法等方法,对该区域19眼浅层地下水监测井2018年水质监测数据进行分析。结果表明,研究区域浅层地下水化学类型以HCO3-Ca型、HCO3·Cl-Ca型、HCO3-Ca·Mg型为主,水质优于或达到Ⅲ类的监测井占比仅为31.6%,铁、锰指标超标现象较为普遍,部分监测井耗氧量、硝酸盐、氨氮等指标超标。

太子河流域景观格局时空演变及其对水源涵养的影响

基于InVEST模型,研究了太子河流域2000—2020年水源涵养时空分布特征,定量评估了研究期土地利用变化及景观格局演变,并采用皮尔逊相关分析法和地理加权回归模型研究了景观格局和水源涵养量之间的关系。结果表明:景观水平上,最大斑块指数、蔓延度指数和聚集度指数越高,则水源涵养量越高;类型水平上,耕地数量越多、斑块密度越大、景观分离度越大,林地优势度越高,建设用地景观越分裂、斑块数量越少、斑块密度越小,则水源涵养力越高;空间上,流域大部分区域景观蔓延度指数对水源涵养起正向作用,耕地斑块数量、斑块密度分别在流域中南部和西北部对水源涵养起正向作用,林地斑块面积比在全域对水源涵养起正向作用,建设用地斑块数量、斑块密度、斑块面积比对水源涵养均以负向作用为主。

太子河流域参考作物腾发量演变特征及气候影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料,应用Penman-Montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量（ET0）,对参考作物腾发量及气象要素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析,应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素.结果表明：近46年间太子河流域ET0值呈现缓慢下降趋势,年内ET0值分布以5、6月份最高,1月份最低.影响ET0的主要气候要素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度.

应用F-IBI对太子河流域水生态健康评价的初步研究

采用鱼类生物完整性指数(F-IBI)评估了中国东北太子河流域的环境质量。于2009年5月在太子河流域61个点位(参考点26个,受损点35个)对鱼类进行抽样采集,捕获到鱼类34种,分属9科,共计2 247尾。采用23个生物参数进行干扰反应、相关性和生物参数判别能力的分析,最终确定了鱼类总分类单元数、总渔获量、雅罗鱼亚科种类百分比、耐污物种百分比、广布种百分比等5个指标,用于构建F-IBI。利用三分法统一各个参数量纲,将各个指数加和得到IBI值,IBI分数为5～25(IBI=25～22为健康,IBI=21～18为亚健康,IBI=17～14为一般,IBI=13～10为较差,IBI=9～5为极差)。研究结果显示,19个样点为健康,11个样点为亚健康,12个样点一般,11个样点较差,8个样点极差,而且IBI与栖息地生境质量显著相关(P<0.01)。

太子河流域硅藻群落与驱动因子的定量关系

定量研究水生生物对水环境参数的适宜值是评估栖息地质量和维持生物完整性的主要途径.以辽宁省太子河流域为研究范例,选择Y（优势度指数）大于0.000 1的硅藻为研究对象,结合水环境参数,采用CCA（典范对应分析）、CART（分类回归树）和WA（加权平均回归分析）等方法,分析硅藻与水环境因子的关系,并计算硅藻对驱动因子的最适值.CCA结果表明,IOS（底质指数）、ρ（TDS）（TDS为总溶解固体）和ρ（CODMn）是硅藻群落的驱动因子;CART预测结果表明,IOS高的水环境硅藻密度高于IOS低的水环境,ρ（TDS）和ρ（CODMn）低的水环境硅藻密度高于ρ（TDS）和ρ（CODMn）高的水环境;WA结果显示,96种硅藻对IOS、ρ（TDS）和ρ（CODMn）的最适值范围分别为1.00-6.44、60.29-820.30 mg/L和0.46-2.89 mg/L.钝端菱形藻解剖刀变种和尖端菱形藻适宜栖息于IOS较低而ρ（CODMn）较高的水环境,Gomphonema trancatum和肿大桥弯藻则适宜栖息于IOS较高的水环境;缠结异极藻二叉变种和尖细异极藻适宜栖息于ρ（TDS）较高的水环境,弧形峨眉藻和克洛钝脆杆藻则适宜栖息于ρ（TDS）较低的水环境;弧形峨眉藻和隐头舟形藻威蓝变种适宜栖息于ρ（CODMn）较低的水环境.针杆藻和桥弯藻对IOS的最适值高于舟形藻和菱形藻以及其他藻种,96种硅藻对ρ（TDS）和ρ（CODMn）的最适值均表现为菱形藻和异极藻较高、针杆藻和桥弯藻较低.

辽宁太子河盆地元古宙━古生代层序地层

太子河盆地元古宇—古生界划分为 2 3个三级层序 ,归并为 3个二级超层序 ,分别命名为偏岭超层序(Qn)、太子河超层序 (∈—O)和牛心台超层序 (C—P) .本文对各层序的特征、界面性质、沉积相和相序等作了较详细的描述 ;对石炭—二叠纪陆相地层 ,尝试使用不同于海相地层的层序地层学术语 ;对太子河盆地的演化阶段及其特征作了划分和总结 .这是首次对太子河盆地进行的层序地层学研究 .

太子河流域鱼类组成及其与环境因子的关系

2012年9月对太子河流域39个采样点的鱼类群落结构和环境因子特征进行野外调查,并运用香农威纳指数、均匀度指数和典范对应分析等方法分析鱼类的群落结构。结果表明;共采集到7目35种鱼类,鲤形目为优势种类,各采样点鱼类个体数量平均值为164.97尾,香农维纳指数平均值为2.56,均匀度指数平均值为0.82,物种丰富度指数平均值为1.38。典范对应分析表明:影响鱼类群落的主要环境因子是总氮、河宽和溶解氧,太子河流域受到了一定程度的干扰。

辽河流域浑河、太子河生态需水量研究

针对浑河和太子河的鱼类栖息地环境需求,构建了由流速、水深、水面宽率、湿周率和过水面积率5个河道参数组成的栖息地适宜性指标体系.分别选择浑河的沈阳、邢家窝棚和太子河的辽阳、本溪和唐马寨5个河段,通过分析河道形态特征以及水位与流量的相关关系,建立了河道流量与每个栖息地指标间的经验关系公式,并确定指示鱼类在不同生活期的最小栖息地适宜标准,计算出为满足不同栖息地标准所需要维持的河道最小生态需水量,并采用最大值原则确定出各河段为满足鱼类生存的河道最小生态需水量.结果表明,浑河的最小生态流量4月～11月介于9.59～12.78m3·s-1,分别占年平均天然径流量的17.13%～23.72%,12月～3月为5.70m·3s-1,占天然径流量的10.59%;太子河的4月～11月介于9.83～19.83m·3s-1,占天然径流量的23.33%～37.01%,12～3月为3.84～6.47m·3s-1,占天然径流量的8.83%～9.82%.

太子河流域参考作物腾发量变化特征及影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料,应用penman-montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量(ET0),对参考作物腾发量及气象因素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析,应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素。结果表明:近46年间太子河流域ET0值呈现缓慢下降趋势,年内ET0值分布以5～6月份最高,1月份最低,影响ET0的主要气象因素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度。

流域水生态系统的生境安全识别理论和方法研究——以太子河次流域本溪段为案例

流域水生态系统具有物质循环、能量流动、群落代谢等服务功能,由于人类活动干扰等因素,水生态系统受到破坏,服务功能的发挥受到抑制。太子河作为中国七大水系之一的辽河支流,其水生态系统健康状况同样由于社会、自然等胁迫驱动力原因受到影响。提出了一套流域水生态系统生境安全识别方法,并以太子河次流域本溪段为案例对方法的可行性进行研讨。采用水文、河道、河岸带和水质4个生境安全指标,分别对研究区的5个评价单元水生态系统生境进行安全评估,做出问题识别,找出水生态系统处于不同健康状态的原因,并确定优先修复项目,便于流域管理。通过研究得到观音阁水库坝区没有优先修复项目,小夹河区、老官砬子-观音阁水库坝区、大峪沟入河口-老官砬子区、兴安市界-大峪沟入河口区优先修复项目分别为河道、河道和河岸带、河道、水质,生境安全识别方法具有一定的可行性。

太子河流域降水及旱涝时空演变特征分析

为研究太子河流域降水及旱涝演变特征,依据太子河流域19个雨量站1956-2006年逐日降雨资料,采用数理统计结合GIS空间分析技术,引入了降水距平百分率Pa、标准化降水指数SPI、长周期旱涝急转指数LDFAI等指标进行分析。结果表明,太子河流域降水量呈现非显著下降趋势,线性倾向率为-12.96 mm/(10 a),并且具有明显的空间差异性;太子河流域旱涝演变过程大致经历了4个阶段,20世纪90年代以来为干旱期,干旱发生的频率较高,多尺度SPI的综合应用能够较好地反映太子河流域旱涝演替过程;太子河流域旱涝急转现象频繁,典型年份旱涝急转强度具有明显的空间差异性。总体来说,涝转旱事件发生频率大于旱转涝事件发生频率,而旱涝急转事件主要发生在太子河流域下游区域,需重点关注旱转涝事件带来的影响。

太子河流域水资源承载能力研究

将模糊集对分析方法引入水资源承载能力评价,在水资源承载能力评价指标体系的基础上,建立水资源承载能力模糊集对分析评价模型,并利用集对势大小判断承载等级,评价模型步骤清晰,意义清楚,操作简便,结果可靠。将其在太子河流域进行实践应用,对太子河现状年和未来两个水平年进行评价,评价结果基本合理,并对评价结果进行分析,给出了增强其水资源承载能力的措施。

基于粒子群算法的太子河水量优化调度研究

基于粒子群算法,构建了太子河水量优化调度模型,用于解决太子河水量优化调度的问题。应用结果表明,通过采用该模型对观音阁与葠窝两座水库的库容进行优化,提高了两座水库分别对本溪市与辽阳市的总供水量,由调度前的83 131万m3增加至101 052万m3,两市综合供水保证率提高了17.1%,解决了两市综合供水保证率低的问题。运用该方法可有效地提高太子河水量优化调度问题的执行效率,计算结果合理可行,具有较高的灵活性和广泛的应用前景。

太子河流域水资源优化配置供水模型

以追求经济、社会和环境效益的权衡为最优,建立了太子河流域水资源优化配置数学模型,并用多目标递阶动态规划法求解,以取得水资源优化配置的最佳方案.

流域水循环的人工影响因素及其作用

针对目前流域中存在的水资源短缺及生态环境的恶化,探讨了流域健全水循环的概念和分析计算。从分析水循环的自然—人工二元结构性出发,以太子河流域为背景,建立了太子河流域水循环模型。通过长系列资料的演算,初步得出太子河流域水循环状况的变化趋势。摄动分析结果表明,影响太子河流域健全水循环的人工因素依次是生活用水、工业用水和农业用水。

基于PSFR评估框架的太子河流域水生态安全评估

以减少人类压力、保持生态健康、维持服务功能和规避潜在生态风险为出发点,建立了基于PSFR(压力、状态、功能、风险)的太子河流域水生态安全评估指标体系.通过遥感影像解译、年鉴资料查询收集和实地调查数据相结合的数据整合方式,利用综合指数法计算了太子河流域生态安全指数,并分析了造成流域生态安全退化的原因.结果表明,太子河流域划分的105个小流域中不存在"极不安全"等级,仅有下游5个小流域处于"不安全"等级,占总数的4.8%;多数小流域均处于"较安全"和"一般"等级,呈集中分布的特点,其中处于"较安全"等级的小流域有59个,占56.2%;处于"一般"等级的小流域有38个,占36.2%;处于"安全"等级的小流域只有3个,占2.8%,说明整个太子河流域的水生态安全状况整体处于"较安全"等级.研究显示,流域内农业和城镇用地的扩张是显著影响生态安全状态及生态服务功能的主要因素.

太子河流域水资源可持续利用评价及对策

针对太子河流域的特点,建立了以水资源条件、水资源开发利用程度及生态环境状况为具体考察对象的水资源可持续利用评价指标体系,并运用模糊模式识别模型进行实例定量评价。评价结果表明,太子河流域在1995年、2002年的水资源属于低可持续,2010年、2020年属于中可持续。2020年接近高可持续,该流域的水资源开发利用已接近本流域的承载力,进一步开发的潜力不大,这一结论与太子河流域的实际情况相符。最后,提出了太子河流域水资源可持续利用的对策建议。