基于灰色NSGA-Ⅱ的水生态功能分区多目标管控模型

水生态功能分区管理是落实山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理的新型管控模式。如何对源头控制、过程拦截、末端处理等多种工程和非工程措施进行组合优化,形成治理方案,是水生态功能分区多目标优化治理的重要问题。由于水生态功能分区与行政区划不一致,存在管控措施的成本效益数据难以获得、资料不完整等问题。为解决该问题,首先分析管控过程中参数不确定性的表现形式,基于灰数的特性构建多目标规划模型的基本形式;然后,运用灰数运算法则及排序规则,以NSGA-Ⅱ算法框架为基础,构建灰参数多目标规划模型的求解方法;最后,将此方法应用于江苏省太湖流域典型分区,解决不确定性条件下区域水生态环境优化管控问题,从而为相关分区的多目标管控决策提供参考。

湄公河上游沙湾拿吉-桔井区域水生态功能分区研究

系统梳理湄公河上游区域的地貌、河网、土壤、土地类型等生境特征,进行水生态功能一二级分区,为跨界水生态系统综合规划、治理与保护及流域可持续发展提供科学依据。以湄公河干流老挝沙湾拿吉-柬埔寨桔井段及重要支流为研究区域,结合生境要素空间异质性,利用空间聚类法对其进行水生态功能分区研究。研究结果表明,基于区域地貌特征提取的水生态2个一级区能较好地体现区域水资源分配状况和供给功能;基于流域水系河网、土壤及土地利用特征提取的5个二级分区能反映人类活动对区域水生生境及水质的影响。水文、水生生物及水质数据分别验证了分区结果的合理性。

基于GIS的青海湖流域水生态功能分区

湖泊型水生态功能分区是以流域数字高程模型(DEM)为底图,通过水文分析划分出目标流域的自然水文单元和水系,借助流域综合调查资料确定水生态功能分区,也是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于GIS技术,将研究区7大主要河流水系图、DEM、生态系统服务价值总量图、归一化植被指数(NDVI)图、土地利用类型图等进行统一处理为栅格单元相同的栅格图,使用GS+软件计算各指标要素的空间自相关距离,从而得到各因子之间的空间自相关距离,确定青海湖流域水生态功能一二级分区主导指标和影响指标,运用ArcGIS 10.0软件中的空间叠加法对选定的指标栅格图进行模糊叠加,修正分区边界,确定青海湖流域水生态功能一级分区为8个。以青海湖流域水生态功能一级分区图为底图,在一级分区的基础上确定青海湖流域水生态功能二级分区为27个。青海湖流域水生态功能一、二级分区有助于丰富青海湖流域分异规律研究,为青海湖国家公园的建设提供理论与方法指导。

流域水生态功能分区方法与指标体系探讨

水生态功能分区是识别流域水生态系统特征、结构与功能的主要依据,它能够反映区域水生态系统的主要生态功能状况及其所面临的潜在压力。因此,建立基于生态功能分区的水质管理技术体系,是中国水生态管理的必然发展趋势,也是国际水质管理的前沿方向。拟从水生态功能分区的研究现状,比较国内外相关的研究工作,探讨不同等级生态分区方法及指标体系的构建依据。

水生态功能分区研究中的基本问题

重点流域水生态功能一级二级分区研究是当前我国正在开展的一项重要工作,如何进行科学、合理的分区是值得深入探讨且亟待回答的重要问题。从水生态功能分区与水生态区划的关系、水生生物在分区中的应用、以及如何选取合适的定量分析方法等方面入手,阐述了对分区目的、指标体系和技术方法等关键问题的理解。并建议:(1)统一选用流域水生态系统结构、功能空间差异的环境驱动因子作为分区指标体系;(2)用生境尺度的水环境、水生生物指标来验证分区结果;(3)尽可能统一定量分析方法,以便为不同流域间分区结果的比较,以及为将来在全国尺度上开展分区工作奠定基础。

基于水生态功能分区的辽河流域控制单元划分

基于控制单元的水质目标管理可以使复杂的流域水环境问题分解到各控制单元内,而控制单元划分是实现基于控制单元水质目标管理的必要环节。基于水生态功能分区,在控制单元划分理论、原则与方法研究基础上,在GIS技术支持下,实现了辽河流域控制单元划分。结果表明:根据辽河流域自然地理指标、水生态环境指标和社会经济指标,将该区域划分为5个一级控制单元、56个二级控制单元、245个三级控制单元。研究成果可以为建立基于控制单元的辽河流域水环境质量管理体系提供技术支持。

辽河保护区水生态功能分区研究

流域水生态功能区是管理流域水生态系统的基本单元,其特点是统筹陆地和河流生态系统,更好、更全面反应流域水生态系统的整体特征。通过对流域内重要生境的识别,可以为区域内生物保护目标、生态安全目标、流域管理等方案的制定和实施提供重要的科学依据。该文以辽河保护区为例,从分区理论、划分方法、指标体系建立和划分结果四个方面详细介绍了分区过程,最终以保护区内主要自然影响和人类干扰作为主要分区指标,将辽河保护区划分为8个水生态功能三级区,并总结了各功能区的地貌、河段特征和土地利用特征等。研究结果将有助于对辽河保护区的内生态环境状况进行修复与改良。

基于GWR模型的东江水质空间分异与水生态功能分区验证

流域水生态功能分区研究是我国正在开展的一项重要工作,如何验证分区结果的合理性,是当前亟待解决的问题。采用地理加权回归(GWR)模型评估流域特征对东江水质的影响,验证水质及流域影响空间差异是否与一二级水生态功能分区结果吻合,并对比了GWR模型与普通最小二乘(OLS)模型性能,讨论了GWR在分区验证方面的应用价值及不足。结果显示:1)水质指标以及GWR模型局部解释率(Local R^2)均在一二级水生态功能分区间存在显著差异;2)相比OLS模型,GWR模型校正R2更高,残差空间自相关指数Moran′s I更低。研究表明东江水生态功能分区结果能合理反映水陆耦合关系,有效解释水质空间差异。此外建议选择总氮(TN)而非溶解氧(DO)和总磷(TP)作为分区验证指标。GWR模型在分区结果验证中具有广泛应用前景。降低数据空间自相关影响及改善距离测度方法是未来GWR模型研究的难点问题。

东辽河流域水生态功能分区研究

流域水生态功能分区是水环境、水生态系统管理的基础。综合考虑东辽河流域自然地理特征、水生态因子、社会经济活动影响和水生态服务功能等,确定了东辽河流域分区指标,运用地理信息系统空间分析和主成分分析等数学方法,对基础空间数据和流域水生态系统特征调查资料进行分析,提出了流域三级水生态功能分区方案,将东辽河流域划分为2个一级分区、4个二级分区、13个三级分区,利用底栖无脊椎动物的相关指标进行聚类分析,表明水生态功能三级分区是合理的。

国际水生态功能分区管理及对太湖流域的启示

系统总结了国际水生态分区在水质标准建立、河流湖泊评估、土地覆被变化及响应等研究中的方法和经验,结合太湖流域水生态系统特征和水环境管理需求,初步提出了适用于太湖流域的水生态分区管理思路。

基于水生态功能分区的流域水环境监测网络体系构建

我国现行的流域水环境监测模式多将一个完整的流域人为分开,从流域管理机构到行政区域上责权交叉多,难以统一规划和协调。近些年,随着水专项的实施,流域水环境监测与评价模式以基于水生态功能分区的重点流域水环境网络体系建设综合研究为主线。为此,研究基于水生态功能分区的水环境监测网点位布设,建立流域水环境监测指标体系、评价体系,提出水环境监测网络运行管理和动态调整机制,从而建立与水生态功能分区有效衔接的流域水环境监测网络体系,可整体促进我国流域水质目标管理向水生态健康管理的重大转变。

丹江口水源区三级水生态功能分区研究

水生态功能分区是实现流域水环境"分区、分级、分期和分类"管理的基础。丹江口水源区是陆地-河流-水库复合生态系统,在详细考察丹江口水源区生态环境要素的基础上,研究了不同生态功能指标间的相互影响及驱动机制。结果表明,高程、干燥度、径流深等自然因素决定了水源区的宏观经济分布格局,经济因子是影响丹江口水域水质的主要因素;在中、微观尺度上,水体营养盐水平是影响藻类、底栖动物密度和耐污种分布的主要因素,生物多样性与透明度、溶解氧的分布密切相关。在此基础上,结合国内外已有研究成果,构建了丹江口水源区一、二、三级生态功能分区指标体系,为丹江口水源区的水生态功能分区提供了依据。

太湖流域水生态功能分区研究

水生态功能分区的目的是实现中国流域的“分区、分类、分级、分期”管理的精细管理理念,综合考虑江苏省太湖流域水生态系统的物理、化学和生物特征等,确定分区指标体系,运用地理信息系统空间分析和聚类分析等数学方法,对基础空间数据和流域水生态系统特征调查资料进行了分析,提出了流域水生态功能分区方案,将太湖流域划分为49个分区(陆域43个和水域6个),并提出了江苏省太湖流域水生态环境治理与保护方向,为该区域水陆一体化管理和生态环境综合治理提供技术支撑。

江苏省流域水生态功能分区

流域水生态功能分区是我国正在开展的一项重要课题,也是科学开展水生态系统保护与修复工作的重要手段。江苏省水生态功能分区为江苏省指导产业布局、开展水资源规划和保护提供重要依据。江苏省流域水生态功能分区在近中远期结合时间尺度原则、集中式生活饮用水水源地优先保护原则等分区原则的指导下对全省水资源进行了一级分区和二级分区的划分。一级分区包括长江流域、淮河流域、太湖流域、近岸海域4个分区;二级分区包括宁镇扬丘陵平原水生态亚区、长江三角洲平原水生态亚区、徐宿淮丘陵平原水生态亚区等10个分区。同时,对江苏省流域水生态功能分区的分区体系如等级体系、分区方法体系进行了讨论。

基于“自然-社会”二元驱动的水生态功能分区——以密云水库流域为例

水生态功能分区是根据流域水生态系统区域差异开展的分区研究,是实现流域“分类、分区、分级、分期”的水质精细化管理的必然要求。通过梳理国内外水生态分区研究的进展及现状,对比了不同区域分区指标的选取依据及体系特点,分析了我国当前水生态功能分区存在的分区体系不完善、分区水生态要素考虑较少等问题,采用“水陆结合、以水定陆”的思路,提出了基于“自然-社会”二元驱动的水生态功能分区方法。以密云水库流域为研究对象,通过分析水库流域自然要素及水生态特征,探究水生态系统的驱动-响应机制,结合管理需求,提出密云水库流域水生态功能分区指标体系,并开展水库流域一级、二级和三级水生态功能分区研究。结果表明,密云水库流域水生态功能区可划分为一级区3个、二级区14个、三级区22个。依据各分区的水生态状况及功能,结合当下的生态环境问题开展溯源,并提出相应治理方案。

太湖流域水生态功能分区沉积物污染评估

以江苏太湖流域49个水生态功能分区为评估单元,通过综合污染指数法、地积累指数法以及潜在生态风险分析、多元聚类分析对沉积物中营养盐及重金属的污染状况进行调查和评估。结果表明:流域沉积物中总氮(TN)均值为1171.14 mg/kg,各级区按TN含量由大到小排序为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级区;总磷(TP)均值为878.99 mg/kg,级区排序情况与TN相反;除Cr外,重金属平均含量均高于环境背景值。综合污染指数表明Ⅰ、Ⅱ级区内TN、TP污染程度均较重,Ⅲ、Ⅳ级区内TP为主要污染因素。地积累指数法表明Cd、Hg、Pb污染较重;潜在生态风险分析表明Cd、Hg是主要的生态风险贡献因子,Ⅲ级区综合潜在生态风险程度最高。多元聚类分析将沉积物污染因素分为5类,第一类为Cu、Zn、Cr、TP,第二类为Cd、As,第三类为TN、有机质(OM),第四类为Pb、Se,第五类为Hg,分别来自不同的污染源。

基于水生态功能分区的流域水环境监测与评价研究

中国现行的监测与管理模式多将流域管理机构按照地方部门条块分割,特别是从行政上将一个完整的流域人为分开,从而造成责权交叉多,难以统一规划和协调管理。为了提高每一个生态区域及系统特点得到相应保护,合理开发和利用水生态资源,进而可持续地发展经济和规划生态资源。基于水生态功能分区要求、国省控水质手动、自动监测系统和评价指标体系的特点和经验,开展了基于水生态功能分区的流域水监测与评价研究,编制了《基于水生态功能分区的流域水环境监测与评价》指南。构建重点流域内水环境质量评价指标和评价方法,形成以水污染防治和水质改善为目标、基于水生态功能分区的水环境质量评价模型,为中国其它流域水环境评价提供借鉴及参考。

江苏省流域水生态功能分区

水生态功能区划是科学开展水生态环境保护工作的重要手段，是指导产业布局、水资源开发的重要依据。江苏省流域水生态功能分区在近中远期结合时间尺度原则、集中式生活饮用水水源地优先保护原则等分区原则的指导下对全省水资源进行了一级分区和二级分区的划分，一级分区包括长江流域、淮河流域、太湖流域和近岸海域4个分区，二级分区包括宁镇扬丘陵平原水生态亚区、长江三角洲平原水生态亚区、徐宿淮丘陵平原水生态亚区等10个分区。同时，本文对江苏省流域水生态功能分区的分区体系如等级体系、分区方法体系进行了讨论。

巢湖流域水生态功能分区与管理

该文概述了巢湖流域的环境特征和水生态现状,在巢湖流域水生态4级功能分区结果的基础上介绍了其4级分区的管理方案,以期为其他流域水生态功能分区环境管理提供一定的思路与方法。

基于生态功能定位的太湖流域水生态安全评估

太湖流域水生态安全在维持长江流域生态安全格局中发挥重要作用。为阐明不同生态功能影响下太湖流域分区水生态安全状况,将太湖流域水生态功能分区与不同区域主导生态功能定位结合,构建基于主导生态功能定位的“压力-状态-服务”(PSS)模型并开展分区评估。结果表明,太湖流域整体生态安全形势为“较安全”和“基本安全”。太湖湖体生境状态因素最差,水质净化区、水源涵养区、水环境维持区和重要生境维持区的生境压力及生境状态为主要制约因素。太湖湖体Ⅱ-08、Ⅱ-10和Ⅲ-20水生态功能分区处于“不安全”水平,入湖河流污染负荷汇入影响突出。水环境维持区和重要生境维持区均受人类活动扰动影响较大。根据湖体与入湖河道水体、底泥氮磷浓度相关性研究结果,Ⅱ-03、Ⅲ-11、Ⅲ-12水生态功能分区水质与Ⅲ-20区域氮磷浓度关系密切,与总氮、总磷相关性显著(P>0.05)的入湖河道占比分别为50%、66.7%,应兼顾氮磷输入影响。Ⅲ-13和浙江省分别有100%、71.4%的入湖河道的TP浓度与湖体TP浓度相关性显著(P>0.05),应重点把控总磷输入风险,湖体总磷外源污染输入风险更大。入湖河道底泥中氮磷浓度较高,沉积物再悬浮导致N、P等污染物向上覆水释放并随之汇入太湖,影响太湖水生态安全。应重点关注Ⅱ-03、Ⅲ-11水生态功能分区入湖河道底泥N、P治理,重点强化Ⅲ-12、Ⅲ-13入湖河道TN去除。针对太湖湖体及环湖水生态功能分区生态安全异质性胁迫因素,因地制宜开展保护修复,推动太湖流域水生态安全有效提升。