流域水生态功能区概念、特点与实施策略

我国正处在从传统的水质管理向水生态管理转变的关键阶段,水生态功能区是实施流域水生态系统管理的基本单元.结合区划理论的发展,对国内外区划研究进展进行了系统总结,界定了水生态功能区的基本概念,提出了水生态功能区的基本特点及其在环境管理中的主要作用,辨析了水生态功能区与水功能区、生态功能区和主体功能区的关系,提出了水生态功能区实施的政策保障体系.结果表明,水生态功能区是开展水生态系统健康评估、识别水生态功能和确定水生态保护目标的基本单元,具有基于流域单元进行划分、以水生态系统等级结构为主线、区域区划与类型区划相统一、陆地与水体保持一致性等特点;不同功能区在基本概念、法律和政策依据、分区目的、分区体系、分区指标和方法及其在管理中的作用等方面差异显著,水生态功能区是对上述功能区的发展、补充和完善;作为一个崭新概念,水生态功能区的实施需要从法律、机构、政策和技术等方面全面保障,在此基础上构建流域水环境综合管理技术体系,支撑流域生态文明建设.

凡河流域水生态功能区产业发展模式探析

选取铁岭市凡河流域典型水生态功能区,对现有流域内产业结构、布局等现状以及存在的问题作较为深入的分析,按照水生态功能区6个生态服务功能综合分区的定位、发展导向,对区内的产业进行结构以及布局等方面的调整优化,对于解决流域内不同行政单元产业发展矛盾具有重要的意义,为地方政府制定流域内水生态功能区发展规划提供了参考。

浑太河流域不同水生态功能区环境要素的分布特征及其与土地利用之间的关系

为深入分析不同水生态功能区土地利用方式对环境要素空间分布特征的影响,于2009—2016年对浑太河流域300个样点的407组数据进行野外监测(包括26种水环境要素数据以及2010年和2015年的Landsat TM遥感影像数据),采用主成分分析、Spearman相关性分析和多元线性回归分析,筛选主要水环境因子,分析流域水质指数(WQI)的空间变化规律,结合水生态功能分区和各样点的土地利用数据,探究了不同水生态功能区土地利用方式对河流主要环境要素的影响.结果表明:①电导率(EC)、溶解氧(DO)、悬浮物(SS)、5日生化需氧量(BOD_(5))、化学需氧量(COD_(Cr))和铵态氮(NH_(4)^(+))是影响浑太河流域水质状况的主要环境要素.②水生态Ⅰ区和Ⅱ区WQI较高,水质状况较好,平均值分别为86.80±6.47和85.57±6.69,其中等级为好的样点占比分别为30.41%和21.70%;水生态Ⅲ区水质较差,WQI平均值为72.92±13.75,其中建设用地和林地是影响WQI的主要土地利用类型;随着林地面积减少,建设用地面积增加,WQI逐渐降低(R_(adj)^(2)=0.25),其中等级为好的样点占比仅为0.94%,而等级为差的样点占比超过50%.研究显示,土地利用对河流主要环境要素的影响在3个水生态功能区有显著差异,建设用地面积的快速增加和林地面积的大幅降低是影响浑太河流域水生态Ⅲ区水质状况的主要驱动因子.

浑太河春季不同水生态功能区大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

为评价浑太河流域影响大型底栖动物群落结构的环境因子在不同水生态功能区间的差异性,于2012年春季对浑太河65个采样点进行大型底栖动物和水体理化环境因子的取样调查。结果表明:浑太河流域3个水生态功能区大型底栖动物的物种组成比例、指示种有显著性差异(P<0.05),大型底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和物种丰富度有显著性差异(P<0.05),且不同水生态功能区环境因子也存在显著性差异(P<0.05);典范对应分析显示,水生态功能Ⅰ区的驱动因子是海拔、水深、总氮,水生态功能Ⅱ区的驱动因子是高锰酸钾盐指数、盐度,水生态功能Ⅲ区的驱动因子是溶解氧、电导率、盐度;相关性分析显示,水生态功能Ⅰ区海拔、总氮与Shannon-Wiener多样性指数显著相关,高锰酸钾盐指数与Pielou均匀度指数显著相关(P<0.05),溶解氧、海拔、总氮与物种丰富度显著相关(P<0.05);水生态功能Ⅱ区环境因子与Shannon-Wiener多样性指数相关性不明显(P>0.05),海拔、电导率、盐度、总溶解固体与Pielou均匀度指数显著相关,海拔与物种丰富度相关(P<0.05);水生态功能Ⅲ区环境因子与这些指数相关性不明显(P>0.05)。研究表明,浑太河流域不同水生态功能区大型底栖动物群落结构组成具有空间异质性,环境因子有显著性差异,不同水生态功能区影响大型底栖动物群落结构的环境因子存在差异性。

凡河流域典型水生态功能区发展模式研究

选取凡河流域中下游工农业复合型典型水生态功能区,在现状调查分析基础上对现有的流域生态环境现状、管理体制及其存在的问题作较为深入的分析和研究,从水生态功能区的环境特征出发,理清水生态功能区发展中的需求和冲突,对所选取的典型水生态功能区进行6个生态服务功能综合分区,确定各区发展定位和发展导向,建立以水生态功能区为单元的村镇体系、道路交通、产业发展和文化体系等方面的综合的新型管理模式,实现凡河流域从单一的水质目标管理向水生态功能区综合管理的转变,对水生态功能区发展和管理具有重要意义,研究结果为其它流域生态建设和管理提供一定的借鉴。

太湖流域水生态功能区土地利用变化的景观生态风险效应

以太湖流域及其一级水生态功能区为研究对象,以Landsat遥感影像解译获得的2005年和2008年土地利用分类图等为基础数据,基于土地利用类型比例变化、转移矩阵、GIS叠加分析、土地利用综合转换速率、景观生态风险指数和土地利用变化的景观生态风险效应系数等分析方法,综合分析了太湖流域及其不同一级水生态功能区的土地利用与景观格局及其变化特征,在计算相关中间参数的基础上,从景观尺度计算得到了太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险值,并在此基础上对太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险差异特征进行了比较分析,进而分析了各区景观生态风险与土地利用变化之间的效应关系,从而为流域不同水生态功能区差异化水生态保护决策提供依据。

基于水生态功能区的巢湖环湖带生态服务功能评价

水生态功能区被认为是流域生态环境保护、治理与修复的基本单元,以其为基础进行生态服务功能评估对于流域内的土地利用结构优化配置、生态环境保护、治理与修复等都有重要的意义。选取巢湖环湖带,采用物质量的方法,对其12种生态服务功能进行评价,其中陆域生态系统4种,水域生态系统8种。研究结果表明:(1)研究区生态系统服务功能空间差异明显,南部和东北部较高,西北部和东南部较低;而研究区单位面积生态服务功能西部较高,东部较低;(2)生态服务功能总量较高的区域,其单位面积生态服务功能并不一定高;(3)环湖带生态系统服务功能的管理和恢复既要考虑生态服务功能总量的大小,也要考虑单位面积生态服务功能的大小,依据实际情况区别对待,生态服务功能较强的地区,应积极发挥其生态功能的优势,在保护与治理并重的情况下充分发挥其生态服务功能;生态服务功能较弱的地区,应采取一定的措施,在保护的基础上对其生态服务功能进行恢复。

太子河流域水生态功能Ⅱ级区的划分

流域水生态功能Ⅱ级区是实施流域层面水生生物多样性保护的重要依据.以太子河流域为研究对象,开展分区指标筛选技术方法研究,通过指标的空间变异性、主导性及其与水生态因子相关性分析,从年均气温、年降水量、年蒸发量、高程、坡度、坡向和NDVI(归一化植被指数)等备选分区指标中筛选出适宜分区指标,在此基础上采用ISODATA(迭代自组织数据分析方法)非监督分类方法划分了太子河水生态功能Ⅱ级区.结果表明,高程和NDVI具有良好的空间敏感性、主导性以及与水生态因子的相关性,可以反映地貌和植被对太子河水生态系统的影响,是太子河流域水生态功能Ⅱ级区划分的适宜指标.采用上述指标可将太子河流域划分为3个水生态功能Ⅱ级区:①上游山地森林河流水生态亚区,平均海拔511 m,区内以浅水性鱼类和激流性大型底栖动物为主;②中游丘陵森林河流水生态亚区,平均海拔282 m,区内以溪流性鱼类和缓流性大型底栖动物为主;③下游平原农业河流水生态亚区,平均海拔65 m,区内多受人类活动干扰,以耐污性大型底栖动物为主,少见鱼类.

丝绸之路经济带上区域生态安全评价研究——以祁连山冰川与水涵养生态功能区为例

生态安全是丝绸之路经济建设的基础和根本,尤其是中国西部生态环境脆弱的国家重点生态功能区,其生态建设成为"丝绸之路经济带"建设中的重点。针对生态脆弱区生态环境的脆性特征,构建了"安全状态-脆性作用-脆性控制"的生态安全评价指标体系;结合生态安全评价中层次较多、维度复杂和动态变化的特点,利用可拓综合分析方法,建立能够反映安全状态和趋势的区域生态安全评价模型;在GIS技术支持下,利用研究区域地图数据和统计数据,采用信息图谱方法生成安全评价结果图谱,实现区域生态安全的可视化表示;最后,对丝绸之路经济带上的祁连山冰川与水涵养生态功能区生态安全进行实证研究,研究结果表明,祁连山冰川与水涵养生态功能区的生态安全状态整体较好,但局部趋于有向不安全状态转变的趋势。

江苏太湖流域水生态环境功能区质量评价方法

在太湖流域管理目标转变的背景下,建立一套科学简洁、便于业务化应用的水生态环境功能区质量评价方法尤为重要。文章通过收集整理国内外资料,以生物完整性理论为基础,结合江苏省太湖流域监测业务部门生物监测开展实际,筛选出总分类单元数、生物密度、前3位优势种优势度构成大型底栖无脊椎动物完整性指数计算参数,软体动物分类单元数、第1位优势种优势度、BMWP指数构成浮游藻类完整性指数计算参数,叶绿素a、透明度、高锰酸盐指数、总磷、总氮作为湖泊、水库水质评价指标,溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮作为河流水质评价指标,构建了一套适合流域管理目标转变过程中涵盖水质和生物指标的水生态环境功能区质量评价方法,以服务于水生态环境质量持续改善的目标需求。

宜兴市水生态环境功能区绿色产业评估指标体系研究

为实现宜兴市水污染控制精细化管理,构建突出以水污染指标为重点的绿色产业评估指标体系尤为关键。文章结合宜兴市6个水生态环境功能区特点,构建了由绿色生产、绿色环境和自然资源价值三大要素15项指标组成的绿色产业评估指标体系,并以相关规划值为标准,对宜兴市各水生态功能区的绿色产业发展进行评估。结果表明,各功能区中产业绿色程度排序为Ⅰ-03>Ⅱ-02>Ⅲ-10>Ⅲ-11和Ⅱ-03>Ⅲ-07。这意味着在后续宜兴市水污染控制精细化管理过程中,应重点对评估结果比较低的功能区进行绿色产业结构的调整,尤其是对评估结果中未能达标的指标采取控制措施。

基于生态系统服务的浙江省水生态环境分区分类管控

水环境综合管理被普遍认为是促进流域可持续发展的基本手段。生态系统服务是生态系统对人类福祉和生存的直接和间接贡献,是维持与影响流域水生态环境的重要因素。随着流域空间管控日益受到重视,基于生态特征的“分区分类”管控已成为流域精细化管理的重要内容。论文基于生态系统服务功能与水质关联性,采用典型对应分析(CCA)选取了土壤类型、土地利用、归一化植被指数和人口密度等4种生态特征作为水生态功能分区指标。结合流域生态特征、汇水区域和行政管理单元的空间分布,通过聚类分析及空间叠置法,将浙江省划分了10个水生态功能区和510个水环境控制单元。采用当量因子法对各控制单元的生态系统服务价值进行系统评估。结果表明2015年浙江省生态系统服务总价值为5123.7亿元,其中控制单元的生态系统服务价值范围为59.8—136.5亿元。利用K⁃means聚类方法得到了4类生态服务簇,并探讨了各类生态服务簇的服务类型、空间分布特征以及与各单元水质的关系。研究结果表明,Ⅰ类簇主要分布在西部及西南部的山地丘陵区,其面积占了全省面积的52.68%;Ⅱ类簇的占地面积最小但水域面积相对较高,主要覆盖千岛湖和钱塘江河口;Ⅲ类簇分布相对分散,主要分布在丘陵平原地区;而Ⅳ类簇主要分布在城镇较集中的平原地区。不同生态服务簇的主要生态服务类型存在明显差异,如Ⅰ类簇以原料生产、水土保持、生物多样性保护、气体调节和气候调节为主;Ⅱ类簇的主要生态服务类型为调节功能,包括气体调节、水文调节和废物处理;Ⅲ类簇和Ⅳ类簇以食物生产为主要的生态服务类型。水质特征与生态服务功能密切相关,生态服务价值越高,水体水质越好。因此根据各个生态服务簇的水质特征,将各类生态服务簇划分为保护、维持、改善、整治4种类型,并提出了不同生态服务簇内水环境控制单元的差异化管控措施,以推进浙江省水生态环境的差异化管理。

常州市典型水生态环境功能区河流水环境质量评价

为探究常州市辖区内13个河流水生态环境功能区水环境质量状况,于2018年布设57个监测断面开展水质季度监测。应用水质类别、综合水质标识指数法、冗余分析以及主成分分析等方法分析主要水质指标的现状、空间分异特征和季节性变化规律,探究水质状况的主要影响因素。结果表明:①2018年常州市河流水质以GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水为主,水环境质量较差;②主要水质指标浓度时空差异性显著,西部丘陵区水质显著优于东部平原区,夏秋季水质状况优于冬春季;③从水生态环境功能分区来看,东部城镇区域的Ⅲ-09区(生态Ⅲ级区)、Ⅳ-02区(生态Ⅳ级区)、Ⅳ-03区(生态Ⅳ级区)水质较差,而西部Ⅰ-02区(生态Ⅰ级区)、Ⅱ-01区(生态Ⅱ级区)、Ⅲ-08区(生态Ⅲ级区)水质较好.水质状况与水生态环境功能区分级一致性较高,表明水生态环境功能分区可为水质监测、评价、环境管理提供科学参考;④冗余分析结果显示:建设用地是水质恶化的主要影响因素,2000 m以上尺度,耕地相对占比的增加,以及水域面积的减小与水质恶化密切相关;⑤主成分分析结果表明,五日生化需氧量、COD、高锰酸盐指数、总氮具有较高的解释率,表明常州市河流水质主要受有机污染和富营养化的影响。不同等级水生态环境功能区水质状况的威胁因素有差异,生态Ⅳ级区主要受到氨氮和总磷的影响,而生态Ⅲ级区和生态Ⅱ级区主要受到总氮、COD、五日生化需氧量的影响。该研究显示,常州市河流水环境质量较差,其河流水质主要受到有机污染和富营养化污染,存在西部水质优于东部的明显空间差异,与水生态环境功能分区较一致。

流域水生态系统健康与生态文明建设

健康的流域水生态系统是保障流域经济社会可持续发展的基础,解决我国严峻的流域水生态系统健康问题迫切需要开展以流域为基本单元的生态文明建设.针对我国流域水生态系统健康现状,确立了流域生态文明的概念和内涵,提出了流域生态文明建设的基本框架和主要任务.以保障流域自然生态系统的完整性、流域经济社会系统发展的可持续性、人居环境的生态性为内涵,构建流域水生态-经济社会复合生态系统的动态平衡是流域生态文明建设的基本框架.流域生态文明建设的主要任务:1构建以水生态系统健康为目标的流域分区管理模式,优化国土空间开发;2健全流域的水环境质量基准和标准体系,科学确定生态系统保护阈值;3建立以流域生态承载力为约束的污染物总量控制技术,优化产业结构与布局;4以保障流域环境流量为前提,实现水资源生态利用;5加强人居环境生态建设,实现流域城市生态化发展;6加强生态制度建设,构建流域生态文明建设长效机制.该研究成果可以为实现流域人与自然和谐发展提供理论指导.

水生态保护目标制定的理论与应用

我国目前处于生态环境管理的转型期,尚未形成统领水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素的水生态保护体系。在总结相关水生态研究成果的基础上,梳理形成了基于水生态系统时空尺度和状态梯度效应理论的水生态保护目标制定构想与方法,分析了淡水生物完整性对自然地理要素、水环境压力、栖息地质量的响应机制,提出以水生态“功能分区-状态评价-问题诊断-目标预设-可达性评估-目标确定”为主线的水生态保护目标制定技术体系,研发了生物完整性评价、水生态保护目标预设和可达性分析等技术方法。以江苏省常州市为典型水生态功能区应用案例,验证了技术体系的适用性与可行性,取得良好的应用效果。水生态保护目标制定理论和方法方面的研究探索可为全国相关工作提供参考依据。

长江经济带典型区域水质目标管理集成技术研究及应用

为实现长江经济带“共抓大保护,不搞大开发”的目标,亟待实施长江经济带水质目标管理.按照“分类、分区、分级、分期”理念,在流域水质目标管理技术的基础上,构建长江经济带下游典型区域一、二维联解的非稳态水量水质数学模型,以长江岸线长度的10%作为最大排污混合带,且在断面水质达标的基础上根据概化排污口的允许排污量计算结果,对研究区域长江干流90个水环境功能区进行容量总量计算.结果表明:沿江8市中南京市COD、氨氮、TP的区域总量控制值分别为59537、8099、1008 t/a,扬州市分别为26830、2668、356 t/a,镇江市分别为44683、3344、480 t/a,泰州市分别为36919、2598、388 t/a,常州市分别为6689、538、76 t/a,无锡市分别为831、121、15 t/a,苏州市分别为42384、4365、546 t/a,南通市分别为32893、2986、382 t/a,其中南京市COD、氨氮和TP的容量总量最大,无锡市COD、氨氮和TP的容量总量最小.该结果可为沿江城市污染负荷削减、污染物入江量管控提供科学决策依据.

辽河典型支流水生态功能三级区水生态系统健康评价

在辽宁省辽河流域水生态功能三级区与河流水生态野外调查基础上,以辽河流域的清河、汎河两条典型一级支流为研究对象,采用主成分分析与相关性分析方法筛选水生态系统健康评价指标,构建了由总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD Cr)、五日生化需氧量(BOD5)、溶解氧(DO)、藻类香农多样性指数(DAA)、底栖动物完整性指数(B-IBI)、鱼类完整性指数(F-IBI)、生境指数、水文指数10个指标构成的水生态系统健康综合评价指标体系,体现了河流水生态系统的物理完整性、化学完整性和生物完整性特征。研究结果表明,清河与汎河流域11个水生态功能三级区中,水生态健康等级1个(Ⅳ-5-4),亚健康等级6个(Ⅳ-5-1、Ⅳ-5-2、Ⅳ-5-3、Ⅳ-5-9、Ⅳ-5-10、Ⅳ-5-11),一般健康等级3个(Ⅳ-5-12、Ⅳ-5-13、Ⅳ-5-14),较差健康等级1个(Ⅳ-5-8)。清河与汎河流域水生态系统总体健康状态从其上游河流源头至下游入辽河干流汇入口呈现逐渐恶化的空间分布特征,且与流域人类活动强度具有密切关系。

望虞河西岸水生态系统协同效应评价

水生态系统统筹治理是新时期水生态环境保护领域的重点与难点,水生态系统作用机制复杂,各子系统间存在紧密的影响与反馈关系,厘清水生态环境各子系统间协同作用机制十分重要。为此,以望虞河西岸水生态环境功能分区(简称分区)为评价单元,以水环境、沉积物、水生态3个子系统为研究对象,利用2019年丰、枯水期的实测数据,通过建立协同效应模型量化评价单元中研究对象间的协同效应,探究其时空差异性,识别其主要限制因素。结果表明:①丰水期环境条件更利于浮游动物的生长繁殖和水中污染物稀释,协同效应较枯水期更为强烈。②中协同和强协同的区域分布在太湖滨湖和望虞河沿岸处,说明分区水生态环境治理、修复工程举措初见成效,3个子系统耦合较好;弱协同或不协同的分区聚集在锡澄运河以东、长江以南的“三角区”。依据研究结果实施分区分类精细化管控,有利于提升望虞河西岸地区污染防治和生态修复措施的实施效率。

太湖流域河流及溪流大型底栖动物群落结构及影响因素

2012年10月对太湖流域93个样点大型底栖动物进行调查,分析西部丘陵水生态功能区和东部平原水生态功能区底栖动物群落结构及其与环境因子的关系.共采集到底栖动物104种,隶属4门8纲19目46科85属.各样点的底栖动物总密度差别很大,介于1.33~39080ind./m2.西部丘陵区的物种丰富度、物种多样性均高于东部平原区.东部平原区的优势种主要为铜锈环棱螺和霍甫水丝蚓等耐污种,而西部丘陵区的优势种中包括清洁种（毛翅目和蜉蝣目幼虫）.相似性分析结果表明2个生态区底栖动物群落具有显著差异,铜锈环棱螺、霍甫水丝蚓、锯齿新米虾、大沼螺、苏氏尾鳃蚓等是造成2生态区之间群落结构差异的主要原因.典范对应分析结果表明影响底栖动物群落结构的主要因素为栖境多样性、营养状态及底质异质性.Goodnight-Whitley指数和BPI指数评价结果表明西部丘陵区整体处于轻污染状态,而东部平原区大部分采样点处于轻污染状态和中污染状态,部分采样点处于重污染状态.