基于地表水与地下水分割校正的漓江流域水供给服务时空格局研究

喀斯特区域水循环过程与其他地区存在显著区别,其水供给服务也具有独特的空间分布特征。然而,目前针对喀斯特地区产水量的时空变化研究较少考虑喀斯特生态系统的特殊性,导致产水量的空间模拟结果存在一定偏差。根据喀斯特地貌形态和地下水补径排泄特征提出了一种产水量分割方法,并基于水量平衡原理建立了地表水与地下水分割校正概念模型。选取喀斯特山区典型区域漓江流域为研究区,通过上述方法校正了InVEST模型产水量模拟结果,从栅格、地貌分区和子流域3个尺度分析了漓江流域2000—2020年产水量校正前与校正后时空分布格局。研究结果表明:(1)漓江流域2000—2020年InVEST模型产水量呈现先减后增再减的趋势,水供给服务空间分布格局为北高南低。产水深度在岩溶区和非岩溶区几乎没有差异,但在岩溶区内部差异明显:裸露型岩溶区产水深度高于覆盖型和埋藏型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江上游区>漓江中游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(2)利用地表与地下水分割校正后,水供给服务空间分布格局为四周高于中部,西北部高于东南部。非岩溶区产水深度明显高于岩溶区,埋藏型岩溶区产水深度高于覆盖型和裸露型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江中游区>漓江上游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(3)相比InVEST模型,考虑地表水与地下水分割校正的漓江流域产水量与实测径流量之间的偏差更小,其时空分布模拟结果更为准确地评估了喀斯特地区可利用水资源量。本研究可为水资源保护政策制订与生态补偿机制建立提供更合理的科学依据和数据基础。

三峡库区水供给服务供需关系动态变化及演化趋势分析

水供给服务作为一项非常重要的生态系统服务,在水循环平衡调节和人类生产、生活、生态中发挥着重要作用。基于InVEST模型对三峡库区水源供给量评估,采用人口、工业、生态农业用水指标求取水需求量;然后计算水供给服务的供需比,揭示其供需关系的空间差异;最后分析三峡库区水供给服务供需不匹配影响因素,明确其空间自相关性及演化趋势。结果表明:2000—2015年,三峡库区水供给服务总量呈现先减少后缓慢增加的趋势,共缩减了1.13×10^(10)m^(3),下降了19.68%,中部地区产水深度大于东部地区;2000—2015年,三峡库区水供给服务的需求总量逐年增加,共增加了11.37×10^(8)m^(3),增长率402.93%,需水量从西向东逐级递减;2000—2015年,三峡库区供需比例从20.69%降低到10.66%,供需关系逐年紧张;三峡库区水供给服务的供需关系始终存在着显著的空间正相关,供需关系的集聚效应有所加强,受土地利用、经济结构、水资源条件、气候降水等因素影响。维持区域水资源平衡,需合理配置生产、生活、生态水,减少供需不匹配的影响。

基于水供给服务流的滇池流域生态补偿区域划分与标准测算研究

水供给服务流对流域的水循环和水量平衡,以及人类的生存和发展起到至关重要的作用。由于生态系统服务具有流动性和空间异质性,水供给服务的供给和需求往往存在不匹配的问题,而生态补偿是协调相关利益主体、实现流域内经济–社会–生态协调可持续发展的有效手段。本文以滇池流域为例,基于流域2020年土地覆被、气象观测和统计年鉴等数据,采用供需平衡模型计算滇池流域产水量和需水量,利用水供给服务价值量模型计算滇池流域生态补偿额度,采用生态补偿优先级法确定优先受偿区域。结果表示:① 滇池流域生态补偿的支付区,为五华区、盘龙区、呈贡区和官渡区;生态补偿的受偿区,为西山区、晋宁县和嵩明县。② 根据生态补偿优先级的排序,五华区应当率先支付,其次为官渡区、呈贡区和盘龙区;嵩明县应当最先受到补偿,其次为晋宁县、西山区。③ 滇池流域生态补偿总额度为2.47亿元,其中水供给服务每公顷应受偿/支付4535元。

东江湖流域水供给服务时空格局分析

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。基于In VEST模型,从流域、子流域两个尺度分析1995—2010年东江湖流域的水供给服务时空格局,并比较了不同土地覆被类型的水供给服务能力。结果表明:(1)1995—2010年,东江湖流域水供给量整体呈现先增加后减少的趋势,年均水供给量在1100—1600 mm之间,2000年的平均水供给量最多。(2)各年水供给量的空间分布格局相似,由湖区向四周递增。(3)平均水供给量较高的土地覆被类型为城镇建设用地、典型草地、灌丛、灌丛草地,在1600 mm左右。平均水供给量较低的土地覆被类型为河湖滩地、内陆水体、水田,在800 mm以下。(4)各个子流域平均水供给量大致在750—1700 mm之间。东北部子流域为水供给服务的高值地区。从水量平衡的角度而言,降水和实际蒸散发是决定生态系统水供给量的两个关键环节。东江湖流域水供给量的时空格局差异是气候和土地覆被共同作用的结果。研究能够为东江湖流域的水资源管理提供科学的参考依据,对东江湖流域生态系统服务功能的提升、生态环境质量的改善、社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。

延河流域水供给服务供需平衡与服务流研究

水供给服务的供需定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题,然而耦合人类需求与自然过程进行供需时空关联分析和服务流模拟仍需进一步加强。以延河流域为研究区,基于GIS手段和SWAT模型,融合多源数据构建了水供给服务供需平衡与空间流动模型,从子流域尺度探究了延河流域水供给服务的供需空间匹配特征与流动规律,明确流域供给区和受益区的空间范围与流量。研究结果表明:1、2005—2015年延河流域水供给量先增多后减少,水需求量则逐年增多,供需平衡状况在逐年恶化。到2015年,流域的水资源安全指数(Freshwater Security Index,FSI)仅为0.095。2、延河流域水供给服务的供给与需求在空间分布上呈现显著的不匹配特征,尤其是位于延河中游的延安市区及周边地区,水资源供需矛盾突出。3、在水供给服务流研究的框架下,本文明确了流域内4个主要受益区的空间范围及其接受的相应上游子流域(供给区)提供的服务流量,分别为安塞城区、延安市区、青化砭镇、延长县城区及其附近城镇。本评估模型与研究结果不仅可以为实现延河流域水资源的合理配置和保障流域用水安全提供科学依据,也可以为其他流域的水资源管理提供参考。

生态系统水供给服务空间流动研究进展

20世纪90年代以来,生态系统服务流动是目前生态学、经济学和地理学综合研究领域的热点问题。水供给服务流动特征明显,且在众多生态系统服务中占据中心位,是连接生态系统(供给区)与人类生产生活(需求区或受益区)的桥梁,是调节水流量、水循环、水质的重要途径。从供需角度分析水供给服务流动(输送区),模拟流动路径,对于实现水供给服务效益起到关键纽带作用,与此同时,它更强调社会经济与生态环境的协调配合,为建立生态系统和社会经济系统之间的联系具有重要理论和实践意义。因此,针对国内水供给服务空间流动的研究亟待开展。试图构建生态系统水供给服务分析思路框架,识别供给和受益范围,确定服务流动方式、流量及流动路径,探索水供给与需求之间的因果关系。采用文献分析方法系统梳理水供给服务空间流研究进展,分别进行纵向和横向对比。结果表明:(1)按照时间顺序可以分为基础萌芽期、理论发展期、空间关联研究期3个时期;(2)按功能区域可划分为水流供给区、需求区和输送区3个部分,并对比分析各区域定量分析的方法;(3)综合分析结果,国外研究发展快,主要以模型模拟为主。国内水供给服务的研究整体处于起步阶段,停留在生态系统供给与需求的各自时空格局研究层面,水供需服务和空间路径之间的关联缺乏深入研究。

基于SWAT模型的无定河流域水供给服务空间流动模拟

利用SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,在子流域尺度上探究了2005—2018年无定河流域水供给服务供给与需求的时空关联特征,并定量模拟了水供给服务的空间流动过程。结果表明:(1)2005年、2010年、2015年和2018年无定河流域水供给服务的供给量呈现逐年增多趋势;在空间分布上,流域中下游水供给量较多,上游地区水供给量不足;2005—2018年流域用水需求量也逐年增多,在空间分布上,榆阳区、绥德县、子长市等城镇所在子流域的水需求量较大,上游林地、草地、沙地广布,需水量较少。(2)2005—2018年水供给服务安全格局显示,流域仅有48.67%的面积为服务安全等级,服务安全存在风险,脆弱、易危和濒危地区需要加以关注并采取相关措施。(3)结合供需关系,模拟了流域内3个主要受益区(榆阳区、靖边县、沙尔利格镇及其周边区域)水供给服务流流向与流量的变化。

太湖流域水供给服务供需时空演变分析

太湖流域是我国经济发展最快、人口最密集的地区之一。受土地利用和降水条件变化的影响,太湖流域水供给服务供需关系也发生着变化。通过分别设置1995~2015年太湖流域不同降水条件和土地利用变化情景,利用Invest模型定量评估水资源供给量,同时利用空间离散法定量评估水资源需求量,并进一步分析供需赤字和盈余区域的时空变化。结果表明:1995~2015年随着土地利用变化,尤其是建设用地的扩张(20年来涨幅达106%),水资源需求占供给量的比重由73%升至90%,需要依赖外来客水的县域面积占整个流域的比重由19%升至33%;2015年在不同降水条件下供需关系变化更为明显,降水量越少,供需赤字的县域越多,在干旱年份整个流域需求量占供给量的117%,供给量已不能满足需求量,且赤字县域的面积占整个流域的47%。两种情境下,太湖流域东北部水供给服务供需关系均比西南部紧张。作为影响太湖流域水资源供需变化的主要因素,土地利用和降水条件变化分别通过影响需求量和供给量改变供需关系。

东江湖流域及其受益区水供给服务供需平衡时空格局分析（英文）

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。本文利用In VEST模型和社会经济数据、水资源数据分析了东江湖流域及其受益区水供给服务的产生与使用的时空分布格局,并对水供给服务的供需平衡进行时空计算,探究水供给服务的时空格局演变。结果表明:(1)1995-2010年东江湖流域及其受益区范围内的产水量整体呈现先增加后减少的趋势,在9350-12 400 m3 ha-1 y-1之间变化,2000年的平均产水量最高。各年产水量的空间分布格局相似,由上游向下游产水量逐渐减少,且城市群周边地区产水量减少的趋势比较明显。(2)1995-2010年东江湖流域及其受益区平均用水量在2900-4450 m3 ha-1 y-1之间变化,各年用水量的空间分布格局相似,均从城镇建设用地向四周递减,呈现较明显的城乡梯度变化,此外,河流两岸和湖泊周边地区的用水量较多,明显高于其他区域。(3)1995-2010年城镇建设用地及其邻近区域、河流湖泊沿岸地区的水供给服务供不应求,其他区域的水供给服务能够满足需求,其中长株潭城市群形成的品字形区域是受益区范围内供需状况最为紧张的区域。

泾河流域水供给服务供需平衡的时空演变与服务流研究

研究生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,分析区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于制定区域可持续发展战略,实现区域生态系统管理和资源有效配置具有重要意义。本研究以泾河流域为研究区域,构建了水供给服务空间流动模型,基于SWAT模型、INVEST模型和ArcGIS等软件融合多源数据分析了2000-2015年泾河流域水供给服务供给与需求的时空分布格局、供需空间匹配特征;在此基础上从子流域尺度探索了水供给服务的流动规律(流转路径),明确了流域供给区与受益区的空间范围。结果表明:(1)2000-2015年泾河流域水资源供给量、需求量总体均呈增加趋势。(2)从县级尺度上看,2000-2015年泾河流域水资源供给服务供需平衡状况总体达标,但呈现出明显的城乡差异,各县中心城区的供需比较低,甚至出现供不应求的局面。(3)从流域尺度上看,2000-2015年泾河流域水资源供给与需求的空间匹配格局整体呈波动下降态势,2015年60%以上的子流域的供需比均呈现降低的态势,供给不足的面积占比较2000年增加了55.7%。(4)泾河流域水资源供给服务的供给区分布在流域上游,受益区分别为华亭县、崇信县、永寿县、淳化县、乾县、礼泉县、秦都区等中下游地区。

基于服务流的石羊河流域水供给服务关键区域识别

生态系统服务功能关键区识别对于区域生态系统服务功能提升和可持续发展精准高效施策有重要意义。以石羊河流域为研究单元,在探究2005、2010、2015和2020年水供给服务的供给与使用时空特征的基础上,利用水供给服务流模型模拟得到水供给服务空间流动情况,利用ZONATION模型识别出2020年石羊河流域水供给服务关键区域。结果表明:2005—2020年,石羊河流域水供给服务的供给表现出南高北低的空间格局与逐步衰退的总体趋势,水资源使用呈现出耕地和工业用地为主导的空间格局和波动下降的变化趋势,流域每年有约10.8%的区域在得到上游水资源补给后需水缺口得以回补。2020年,石羊河流域水供给服务关键区域总面积为14455 km^(2)。我们建议应从供给-流转-消耗的角度,有针对性地修复和提升关键区域保水、促流和节水能力。

漓江流域供水服务时空格局分析

漓江的水供给服务对生态环境和当地社会发展非常重要。基于InVEST模型,本研究从栅格、子流域、区域等多个尺度定量分析了2000–2018年漓江流域的水供给服务的空间分布格局,明确了不同土地覆被类型的产水差异,探究了水供给服务的阶段变化特征。研究结果表明:(1)漓江流域水供给服务呈现北高南低的空间分布格局,产水量从北向南逐步递减。(2)漓江流域各土地覆被类型中,人工地表、裸地、草地、林地、耕地和水域的平均产水能力依次降低。(3)各子流域的平均供水服务量差异较大,有4个子流域属于供水服务高值区,8个子流域属于中值区,6个子流域属于低值区。(4) 2000–2010年,供水服务波动较大的区域有中游地区、荔浦河地区和恭城河北部地区;2010–2018年,波动较大的地区涉及中游地区和恭城河地区。该研究增加了对漓江流域供水服务的了解,可为构建区域生态补偿机制提供科学依据。