白洋淀流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

[目的]评估白洋淀流域长时间序列植被生长状况及驱动机制,为进一步保护雄安新区生态环境质量提供理论支撑。[方法]基于2007—2020年NASA MOD17A3H的NPP数据,运用趋势分析、变异系数、Hurst指数、地理探测器等方法,探究白洋淀流域植被NPP的时空分异、变化趋势及驱动因素。[结果]①白洋淀流域植被年均NPP值在217.1~357.6 g/(m^(2)·a)之间变化,在空间上呈现西北部山区较高,东南部平原区较低的分布规律;②超过80%的研究区域植被NPP具有明显波动性,其中西北山区和东南平原波动性最强;③绝大部分植被NPP随年份呈增加趋势,并且由东南至西北,从不显著增加逐渐过渡到显著增加状态;④研究区内,西北部地区为Hurst指数小于0.5的反向持续性区域,未来植被NPP可能会出现增加趋势减缓的问题,西南地区为正向持续区,未来变化趋势良好;⑤研究区植被NPP空间分异的主导驱动因素为温度、人口、第三产业等,双因子交互作用的影响力明显高于单因子,其中降水和温度的交互作用最强。[结论]2007—2020年,白洋淀流域植被NPP逐渐增强,温度虽是影响NPP空间分异的主要驱动因素,但社会因素发挥的作用在逐渐增强。

白洋淀入淀河道的生态治理措施及效果——以孝义河为例

以白洋淀入淀河流孝义河雄安新区段为例,通过对孝义河入淀口河道底泥进行治理、恢复入淀口河流水生动植物群落、靶向改造盲肠段水动力条件等多手段生态治理,改善河段生态现状,恢复水体的自净能力。项目实施后通过监测设备对河段的水质情况进行了靶向监测,结果表明:项目建设后孝义河末端断面出水水质主要指标均不劣于孝义河上游来水断面水质,河口湿地出水达到Ⅳ类时,孝义河尾端出水COD、氨氮、总磷污染物浓度大幅下降,水质得到显著提升,实现了水体自净,研究成果可为今后入淀河流的治理提供参考。

白洋淀上游流经城区前后细菌群落结构和功能与环境因子的关联研究

细菌群落作为水生态环境的重要组成部分,其结构和功能研究可为水生态环境污染监测与治理提供技术支撑。通过对流经城区白洋淀上游河流细菌群落的高通量测序和环境因子的监测,分析城市环境因素对白洋淀上游水质的影响,并深入探究细菌群落功能与污染物动态变化的关系。结果表明,城市环境对白洋淀上游生态环境的影响较大,上、中、下游的水质等级差异显著。城区中汇入的各类污染物不仅影响细菌群落结构,使得污染严重流域高丰度的细菌种群减少和细菌群落多样性增加;还与细菌群落的硝酸盐和磷酸盐代谢功能密切相关。同时,河流虽汇集了城区的各类污染物,但下游的细菌群落结构和部分氮、磷代谢功能均有恢复为上游水平的趋势。此外,高丰度的黄杆菌属(Flavobacterium)受各类菌群和污染物的抑制作用较大,但验证其与NO-3-N污染物具有较强的相关性。对白洋淀上游流经城区前后细菌群落结构和功能与环境因子动态变化的关联研究,为白洋淀流域生态环境保护与污染治理提供理论依据。

白洋淀区域景观格局动态变化及趋势分析

湿地景观格局的动态变化研究是构建区域生态安全格局的重要基础。利用1980、1990、2000、2010、2017年等5期土地利用数据,分析了白洋淀区域景观类型的时空变化过程及其主要驱动因素,并结合相关规划探讨了白洋淀未来景观格局变化及影响。结果表明,白洋淀区域景观规模和结构在1980—2000年期间变化不显著。2000—2017年期间,滩地向耕地、建设用地和湖泊大面积转换,湿地景观面积占比从78%下降到60%。2017—2030年期间,耕地和建设用地向湖泊转换,湿地景观面积占比将会达到90%;1980—2017年期间,滩地景观优势度最大,分布集中,但形状也最为复杂,各景观连通性走势较为平稳。景观尺度的破碎度不断升高,连通性和丰富度分别在1990年和2017年达到最大值。未来2030年,湖泊会成为优势景观类型,斑块分布集中且连通性增强,但复杂性增大。区域景观尺度的连通性变小,空间分布不均匀,丰富度降低;白洋淀景观格局历史演变主要受社会经济因素的影响,主成分分析结果表示其解释度为62.00%。未来气候条件下,白洋淀湿地生态系统存在退化的风险,但规划实施的环境治理和生态修复措施会对白洋淀的景观格局变化起主导作用。研究成果可为白洋淀湿地的规划管理和雄安新区的生态安全格局构建提供参考。

雄安新区白洋淀表层沉积物重金属地球化学特征及生态风险评价

【研究目的】白洋淀为雄安新区核心生态功能区,为支撑白洋淀湿地生态修复与保护,系统开展了全淀区表层沉积物环境质量调查。【研究方法】在白洋淀湿地采集表层沉积物样品484组,查明了白洋淀表层沉积物重金属地球化学特征,并采用地累积指数法、潜在生态风险指数法等多种方法开展了重金属生态风险评价。【研究结果】白洋淀表层沉积物重金属含量普遍偏高于河北省表层土壤重金属含量背景值,府河入淀口及白沟引河入淀口为重金属元素主要富集区,入淀河流输入为白洋淀重金属主要来源;环境地球化学综合评价结果为清洁无污染等级分布面积144.54 km^(2),占表层沉积物分布总面积的96.68%;各重金属污染程度由重到轻排序为Cd>Cu>Hg>Pb>Zn>Ni>Cr>As,Cd元素污染程度等级以中度和偏中度为主,Cu元素以轻度和清洁为主,其他元素以清洁无污染为主;重金属潜在生态风险以轻度和中度为主,河流入淀口所在淀区重金属潜在生态风险高于其他淀区,潜在生态风险由高到低排序为南刘庄>烧车淀>小白洋淀>王家寨>藻苲淀>捞王淀>池鱼淀>泛鱼淀。【结论】白洋淀表层沉积物环境质量总体较好,南刘庄等局部淀区存在重金属污染潜在生态风险,以Cd元素污染最为突出。

冀中平原历史地貌研究与白洋淀成因的探讨

使用1926年出版的顺直地形图做历史地貌研究,发现冀中平原、白洋淀流域存在大量的特殊地貌单元"碟形洼地"。研究这些特殊洼地的个体形态、群体分布规律,特别是使用数字高程模型(DEM)分析这些洼地,发现"碟形洼地"可能是分布在第四纪松散沉积物上撞击坑的遗迹。初步推测这种地貌可能是全新世中期以后不久一次规模巨大的陨石雨撞击的结果,白洋淀更可能是一些较大的撞击坑在地表流水的侵蚀、后经人工改造逐步形成的。陨石雨的撞击导致了重大的史前环境灾害,这可能涉及到全新世中-后期自然环境的变化等一系列重大科学问题。

基于低碳农业经济理论的白洋淀湿地农业面源污染治理

在介绍白洋淀湿地农业面源污染现状的基础上,运用低碳经济理论,提出以低碳农业经济思路治理白洋淀湿地农业面源污染,并从大力宣传低碳农业经济思想、因地制宜选择低碳农业经济发展模式、建立低碳农业经济技术支撑体系等方面阐述发展低碳农业经济的对策,旨在实现白洋淀湿地农业生产发展与生态环境保护双赢,为国内其他同类湿地农业面源污染防治提供借鉴。

新区建设背景下白洋淀及入淀河流生态需水评价和保障措施研究

雄安新区建设为白洋淀生态环境提出了更高的要求,生态需水是白洋淀生态修复的核心问题,加强生态需水研究对涵养地下水源、维护流域水生态平衡、增强水资源调蓄能力具有至关重要的作用。本文在雄安新区建设的大背景下,基于防洪、城市景观建设及芦植生长等实际需求,结合最新测量的水位-淹没面积关系,开展白洋淀生态水位核算。同时,分别从淀区水资源蒸发入渗消耗的刚性需求,以及改善淀区水动力条件和水生态环境质量的弹性需求两个方面,提出淀区生态需水量。从维持河道生态基流的角度,对上游八条入淀河流和新区范围内的大清河、赵王新河的最小生态需水量进行核算,作为河流生态逐步恢复的一个基本目标。在此基础上,针对性提出淀区补水方案,以及入淀河流需水保障措施,力求恢复白洋淀流域生态安全、提高雄安新区生态环境承载能力。

近30年来白洋淀流域平原区地下水位动态变化及原因分析

白洋淀流域平原区是华北平原的农业高产区域,灌溉用水主要靠开采地下水。近几十年来,白洋淀地下水位下降严重,在1974年-2007年,该区域地下水埋深以平均每年0.51m的速率下降,1980年以后下降速率明显加速,在2000年-2007年年均下降速率达到了0.99m。引起地下水位持续下降的主要原因是地下水超采严重,且用水高峰期遭遇枯水期,尤其体现在1980年以后年降水偏枯,同时社会经济用水量维持在高峰阶段。低效的农业用水模式及地下水超采已经严重制约了白洋淀地区水资源的可持续利用。

《禹贡》九河分流地域范围新证——兼论古白洋淀的消亡过程

先秦时期黄河下游存在的两大分流,各在其下游段形成九河分流系统,即冀州九河与兖州九河。《尔雅》所释九河,实属兖州九河即《汉志》河下游分流水系,在今高唐、黄骅、利津之间。《禹贡》河所播冀州九河,在今深县、黄骅、天津、容城之间。古白洋淀消亡的关键因素是《禹贡》河泥沙的长期堆积,其消亡过程即为《禹贡》河九河的发育过程。

白洋淀水域面积变化的灰色关联度分析

针对近年来白洋淀水域面积持续减少的问题,采用灰色系统理论对白洋淀2000、2005、2010年水域面积和安新县总播种面积、地下水开采量、年平均气温等11项社会经济和自然因素进行分析。结果表明,在缺乏稳定补给水源的情况下,地下水开采量与白洋淀水域面积变化的关联度最高,在当前环境下要解决白洋淀湿地的退化问题,首先要解决该地区地下水超采的问题。

白洋淀流域水资源演变特征与水安全保障对策

水安全是区域社会经济与生态健康发展的重要基础和保障。当前,白洋淀流域水资源本底不足、水污染严重、生态用水不足、淀区生态功能恢复难度大等问题仍然突出,水安全总体形势依然严峻。总结分析了当前白洋淀流域水资源变化特征以及水安全形势,从可持续水资源管理的学科前沿视角,提出了流域尺度上的创新水安全保障策略,为流域水资源管理、水环境治理和水生态保护与修复提供参考。

雄安新区白洋淀湿地地表水和地下水转化关系及其对芦苇分布的影响

查明地表水和地下水作用关系对湿地生态保护与修复具有重要意义。采用地表水和地下水位监测、氢氧稳定同位素分析、湖床沉积物温度示踪等方法,研究了白洋淀渗漏对周边浅层地下水的影响范围和深度,评价了地表水垂向渗漏速率,并探讨了芦苇分布面积和地表水位以及地下水位埋深的关系。结果表明:白洋淀渗漏受地质结构和水力梯度等因素影响,对浅层地下水垂向上影响深度为20 m,水平向上影响范围存在较大空间变异。周边浅层地下水的补给来源为大气降雨和地表水,其中地表水渗漏的补给比例为0~90.5%。淀区渗漏速率0.01~0.59 mm/d,和含水层埋深关系密切,埋深越小,越有利于地表水渗漏。1976—2020年,白洋淀芦苇分布面积和地表水位关系密切。当地表水位为6.3~6.8 m时,芦苇分布面积最大,在水位小于6.3 m条件下芦苇面积随着水位增高而增加,大于6.8 m条件下随着水位增高而减少。芦苇台地下水位埋深和地表水位显著相关,在2020年4—9月芦苇生长期,除雨季前期外多数时段台地地下水埋深均适宜芦苇发育,建议在雨季前期实施生态补水,通过降低台地地下水位埋深促进芦苇生长发育。研究结果可为白洋淀生态补水、渗漏防治和生态保护提供参考。

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化及生态系统服务价值的空间响应

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化引起的生态系统服务价值改变,对保障流域生态安全和提升区域生态系统服务价值能力具有重要意义。选取白洋淀流域上下游所涉及的河北省相关县级行政区为研究区,以1990、2000、2010、2020年4期遥感影像及统计年鉴为基础数据,分析和测算30年间白洋淀流域的土地利用与生态系统服务价值变化,在此基础上利用CA-Markov模型模拟2035年趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种情景下研究区土地利用变化情况,估算各情景下生态系统服务价值,利用网格工具可视化表达3种情景下生态系统服务价值的空间分布状况以及集聚程度。研究结果表明:(1)1990-2020年白洋淀流域土地利用变化最明显的特征是耕地面积锐减,建设用地迅速扩张,30年间耕地面积减少了122776.99hm^(2),建设用地增加了167369.74hm^(2)。(2)1990-2020年研究区生态系统服务价值分别为852.59亿元、788.26亿元、796.95亿元和784.68亿元,总体呈波动下降的趋势。(3)在趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种模拟情景下,生态系统服务价值依次为785.36亿元、807.26亿元、812.46亿元。研究区生态系统服务价值整体呈现西北高东南低的空间分布特征。(4)ESV值的热点和冷点分布范围较大且集聚性较强,热点区域主要集中在西北部山地区域,冷点区域主要分布在研究区东南部平原地区以及研究区西北部的部分区域。模拟白洋淀流域未来土地利用变化趋势,探寻不同情境下生态系统服务价值的响应有利于构建流域国土空间开发保护新格局,为今后全面推进白洋淀流域的可持续发展提供科学基础和决策参考。

雄安新区的生态地质环境问题及治理进展

雄安新区中、西部的白洋淀湿地,存在着较为严重的生态地质环境问题,对新区城市的规划、建设及运营都将产生重大影响。作者通过野外调查和综合分析研究已有文献资料,将白洋淀地区的地表水、地表土层、地下水含水岩层和浅层地下水视为有机的统一体进行研究,提出新区生态地质环境问题的关键是淀区水污染,指出淀区水污染的存在及治理程度,直接影响和决定着整个新区的生态地质环境状况。介绍了白洋淀湿地水污染现状,综合分析其产生的社会背景—人类经济活动及自然—气象水文、地质及水文地质等方面的因素。本文以影响全区生态地质环境的主要因素—淀区水污染为主线,解读了新区关于综合治理的具体规划和实施方案。方案强调:以实施白洋淀生态修复为主要内容,建立多水源常态化补水机制,构建水资源生态流量保障体系为主要措施,从根本上解决白洋淀水资源短缺、供需矛盾突出的问题;提出从流域控源截污、内源污染治理、生态环境修复、加强河道管理等方面,确保入淀河流水质达标,进而解决湿地水污染;针对入淀河流,从优化新区产业发展格局、对传统产业集聚区提出污染源控制要求、防止工业污染、农业面源污染的防治措施。在《规划纲要》的指导下,《总体规划》和《白洋淀规划》根据新区当前的实际情况,所提出的新区生态地质环境问题综合治理措施,针对性地概括了新区各方面存在的具体问题,具有系统的科学性、严密的精准性和较普遍的实用性,从根本上抓住了新区生态地质环境问题的实质。通过两年多来治理措施的推进和逐步实施,新区生态地质环境的改善和恢复已初见成效。

雄安新区水网建设研究与实践

高标准、高质量建设雄安新区,要贯彻“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路,将水作为基本底色,打造蓝绿交织、水城共融的水系网络。雄安新区设立6年来围绕白洋淀实施了水网连通工程,流域与城市水系网络基本构成;实施了13项防洪重点工程,起步区防洪标准基本达到200年一遇,初步形成的防洪体系在应对海河“23·7”流域性特大洪水中发挥了重要作用;推动治水由单一防洪保安向水资源综合利用转变,构建的梯级拦蓄系统显著增加了河道可用水量,优化调配了引黄水、引江水、上游水与再生水等水源,使得白洋淀淀区水位动态保持在6.5~7.0 m,水面面积维持在100 km^(2)以上;同时,综合推进了控源截污、河淀清淤整治等措施,将白洋淀水质提升至Ⅲ~Ⅳ类,260种野生鸟类安家落户。蓝绿交织、水城共融的雄安新区水网目前已具雏形。

1960s以来白洋淀水文、环境、生态演变趋势

白洋淀是我国华北平原最大的浅水湖泊湿地,享有"华北之肾"、"华北明珠"等美誉,对维持京津冀大城市群的区域生态系统平衡和保持生物多样性发挥着生态安全屏障作用.长期以来,高强度人类活动导致入淀水量锐减、水体污染严重、生物多样性减少、生态系统功能衰退,"明珠"失去了应有的光泽.结合历史文献资料和课题组长期在白洋淀的监测结果,本文系统地梳理了自1960s以来,白洋淀的水文、水环境和水生态演变历程,并分析了导致一系列演变发生的可能原因.随着区域经济的发展,人类活动增强,白洋淀区域水量、水环境以及生态质量自1960s以来逐渐退化.近20年来,随着一系列环境治理政策和生态补水工程的实施,白洋淀水质恶化趋势得到了一定的遏制.2017年,中共中央、国务院宣布设立雄安新区,其"以水定城"的理念突显白洋淀作为新区中心的重要性,白洋淀环境与生态治理工作任重而道远.本文的工作以期能为新时期白洋淀的环境生态治理提供依据和支持.

雄安地区人居环境之演进

雄安地区包括雄安新区在内，涵盖环白洋淀的雄县、安新县、容城县、任丘市、高阳县。文章考察雄安地区人居环境之演进，发现万余年来雄安地区的地理环境经历了从天然洼地到人工湖淀到北国江南的变迁，区域地位经历了从边陲地区到北边前哨到京畿腹地的变迁，人居形态经历了从地广人稀到边地人居到城乡网络的变迁。当前雄安地区的人居环境主要是近千年来对自然环境大规模人工治理，特别是国家工程建设的结果。雄安地区研究可以为雄安新区规划建设提供更为广阔的自然与环境基础以及更为深远的历史与文化脉络。

雄安新区战略解读与战略规划

2015年的白洋淀科技城是雄安新区的前身。雄安新区既是国家级新区又是国家经济特区。雄安新区可以看作是"都城空间轮耕制度"的一次探索,完全符合城市发展的规律。雄安新区是《国家新型城镇化规划》推进过程中批准设立的规格最高的国家新区,因此在战略定位上不仅要和新型城镇化战略保持高度一致,还应在解决旧城市化的主要问题及后遗症方面发挥重大引领和示范作用。雄安新区在防范"过度集聚"方面将承受着巨大的现实压力,因此应把防止城市"过度集聚"作为规划编制的头等大事和基本原则。

白洋淀环境生态变迁及其对雄安新区建设的影响

白洋淀是华北平原最大的浅水湖型湿地,研究该流域生态环境变化,对维持华北平原生态平衡和雄安新区的建设具有重要意义。白洋淀经过多个朝代的改造和治理,特别是清代千里堤的修建,形成了现在的基本格局。为了给白洋淀环境生态系统修复和雄安新区防洪工程体系建设提供理论依据,根据多年来对白洋淀的相关研究成果,通过梳理分析掌握的数据和资料,运用数理统计等方法,探讨相应的影响因素和变化规律,以白洋淀为核心,从历史、水资源、水质、生态及社会生产系统等多个角度论述白洋淀的变迁及发展趋势,并进一步探讨白洋淀环境生态与雄安新区建设的内在联系;分析认为雄安新区防洪工程体系的建设和白洋淀环境生态系统的改造在系统功能上相互制约,在规划布局上要融为一体。