长江水系湖泊型流域生态用地长时间序列时空变化分析

湖泊型流域在长江流域的面积占比超30%,其生态用地的变化对长江水生态环境具有重要的调节作用。基于长江水系229个湖泊型流域1980—2015年7期土地利用数据,采用生态用地面积及其占比、改进的综合动态度、转移矩阵和空间运算等方法,分析近几十年长江水系湖泊型流域生态用地的时空变化特征。结果表明:湖泊型流域生态用地变化呈现“先逐步上升—后波动稳定—再快速下降”3阶段趋势;林地和草地呈现下降趋势,湿地呈现上升趋势;湖泊型流域内生态用地综合动态度总体呈现“波浪式振动”状态。从湖泊大小等级分类角度来看,4个等级类型湖泊型流域生态用地的面积总量相差较大,小型湖泊对应的流域生态用地最少,其次是大型和中型,特大型湖泊数量少但对应的流域生态用地面积最大;且不同类型的湖泊型流域内生态用地变化趋势尽管都是先上升后下降,但对应的转折点年份不同。从长江水系不同分区的角度来看,相较于1980年,2015年源区、中游和下游湖泊型流域的生态用地增加,上游湖泊型流域的生态用地减少;生态用地内部的相互转移量最少,而生态用地和非生态用地之间的转移量及非生态用地内部的相互转移量各占总转移量的42%以上;生态用地在中游的转移最为剧烈和复杂,其次是下游,源区和上游则较为平缓与简单。2000年之前生态用地发生变化的原因主要为采伐树木、开发农牧业和围湖造田等,2000年之后的原因主要为退耕还林、修建水库等。对于大多数湖泊型流域来说,建设用地的增加,即城镇的扩张是2010—2015年期间生态用地减少的主要原因之一。

湖泊型流域水生态功能分区的理论与应用

地域分异是地理学核心研究方向之一,水生态功能分区是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于水生态分区的管理是流域水环境管理的趋势,流域水生态功能分区是建立中国新型水环境管理的基础。论文在界定水生态功能分区涉及的主要概念基础上,分析了湖泊型流域水生态系统的尺度,为湖泊型流域水生态功能分区体系的建立奠定了理论基础;根据分区的目的,建立了分区的原则和指标体系,研发了分区技术、结果验证校核方法;以巢湖流域为例,进行了一级至四级水生态功能分区,并对分区结果进行验证。湖泊型流域水生态功能分区有助于丰富地域分异规律研究,对水生态目标管理的理论与方法具有指导作用。

流域一维二维水环境耦合模型系统算法设计与应用

构建一维二维水环境模型进行水质模拟是湖泊型流域开展陆源污染与断面水质响应关系研究的重要手段。针对现有一维二维水环境耦合模型建模过程中数据格式多样化、数据尺度难匹配、预处理过程复杂、参数众多难率定、运算时间长且无法快速响应超标断面水质调控等问题,设计并开发了流域一维二维水环境耦合模型系统,面向水环境管理业务需求,构建湖泊型流域水环境模型并模拟水环境变化过程,支持水质超标断面污染溯源、污染治理措施效果评价、污染防治与决策等业务开展,对支撑湖泊型流域水环境精细化管理具有广泛的应用价值。该模型系统以陆源污染负荷入河量作为河流污染边界条件,建立河流一维稳态水环境模拟模型,再以入湖河流作为边界条件,在二维正交网格基础上建立湖泊二维稳态水环境模型,从而建立陆源污染源排放与全流域水体断面水质响应关系。在南四湖流域的应用表明,该模型系统具有较高的水质模拟精度,其模拟速率和分析展示功能满足水环境精细化管理过程中的研究需求和业务需求,可为水环境管理决策提供科学依据。