基于流域治理单元的湖北省丹江口库区小流域划分

丹江口库区小流域单元划分是库区水质安全保障和水生态文明建设的基础性工作。选择湖北省丹江口库区(十堰市)为研究区域,以高精度DEM、高分辨率遥感影像等为数据源,基于《湖北省流域综合治理和统筹发展规划纲要》确定的9个三级流域片区与23个四级流域片区,采用河网自动提取和人机交互修整等方法,划定了1 472个五级小流域单元,形成了一种面向流域综合治理单元的重要生态功能区小流域划分方法。研究成果可为湖北省丹江口库区水土流失防治、小流域治理成效评估等提供决策依据,以形成各部门水土流失防治的“合力”。

以确保“一泓清水永续北上” 引领南水北调中线水源区水土保持高质量发展

丹江口库区及上游是南水北调中线水源区(以下简称“水源区”),其水土保持高质量发展是保障“一泓清水永续北上”的重要支撑。文章针对水源区水土流失现状和特点,总结了丹江口库区及上游水土保持重点防治工程(以下简称“丹治”工程)实施以来的水土保持成效,分析了水土保持面临的新形势和新要求,梳理了水土保持存在的短板和不足,研究提出了引领丹江口库区及上游水土保持高质量发展的对策举措,为各级政府加强南水北调中线水源区水土保持治理管理提供参考。

2000-2020年丹江口库区植被覆盖与土地利用时空演变分析

厘清植被覆盖与土地利用变化关系对于区域人地关系协调发展具有重要意义。基于丹江口库区2000-2020年MODIS NDVI数据和土地利用遥感监测数据,利用像元二分模型估算库区植被覆盖度,分析其时空变化特征,并结合土地利用变化图谱和景观格局指数,揭示库区土地利用变化规律,探讨其对植被覆盖的影响。结果表明,1)2000-2020年丹江口库区植被覆盖度整体较高,呈增加趋势,增速为0.0014/a,呈极显著(P<0.01)、显著(P<0.05)增加趋势的区域分别占15.74%、14.16%,未来库区植被覆盖变化状况良好。2)库区土地利用主要以林地、草地、耕地变化为主,LPI、SHDI及AI整体以升高为主。3)库区林地、耕地、草地变化对植被覆盖的影响较大,土地利用类型变化促进了植被覆盖的增加,LPI、AI与植被覆盖变化呈正相关,而SHDI与植被覆盖变化呈负相关。丹江口库区植被覆盖受土地利用变化的影响显著,研究结果可为库区国土空间优化以及生态修复提供理论依据。

丹江口水库水源区地下水环境调查与评价

丹江口库区是南水北调中线工程的核心水源区,为了持续抓好输水沿线区和受水区的污染防治和生态环境保护工作,运用综合评价分析方法,对水源区的地下水环境进行调查和采样分析。结果表明:①丹江口水库水源区共有20个潜在污染源,其中生活垃圾场共12个,尾矿库共4个,闭坑矿洞废水4个。②126组地下水样品中,Ⅲ类水占比最高,为30%,其次为Ⅱ类水和Ⅳ类水,均占比24.5%,Ⅴ类水占比19%,Ⅰ类水占比最低,仅为2%;重度污染的Ⅴ类水有24组,主要分布在郧阳区和竹山县,郧阳区主要超标指标为硝酸盐、铝等,竹山县主要超标元素为锌;中度污染的Ⅳ类水有31组,主要分布在房县和丹江口市,房县主要超标元素为铁,丹江口市主要超标指标为硝酸盐。③地下水中超标率较高的指标为铁(18.0%)、硝酸盐(12.5%)、铝(11.7%)和锌(10.9%)。研究结果可为该区域生态环境保护提供基础支撑。

丹江口库区多时间尺度旱涝变化特征研究

利用丹江口库区1961年-2019年21个气象站点数据计算了多个时间尺度的标准化降水蒸散指数,探究了库区旱涝时空变化特征,以期为库区生态环境建设与管理提供科学依据。结果表明:时间尺度越小,库区旱涝发生越频繁,反之越稳定,库区干旱发生频率高于洪涝频率,而库区未来呈偏湿趋势;除1个月时间尺度外,其余时间尺度库区干旱与洪涝频率空间分布特征相反,而库区旱涝变化趋势空间分布较为一致;库区多时间尺度旱涝周期交替现象一致,主要时间尺度以28年~32年、6年、14年为主,未来几年库区呈偏涝趋势,应加强相应的生态环境保护措施。

面向数字孪生场景的三维水质推演仿真方法

针对现有可视化方法难以直观动态呈现三维水质的推演过程的普遍性问题,研究了三维水质模型计算结果与数字孪生场景的集成模式,提出了面向数字孪生场景的三维水质推演仿真方法,实现了三维水质推演过程的直观、准确、流畅、动态呈现。以南水北调中线工程丹江口水库2021年秋汛总磷浓度分布推演为例,采用三维水质模型开展复演分析,将分析结果在数字孪生场景中集成,模拟有机污染物的转移和扩散过程。应用结果表明该方法相较于传统二维平面展示方法具有效果更加直观、信息承载更加丰富的优势,可以在数字孪生场景中动态呈现分层水质指标的推演过程。

丹江口水库水源区(湖北段)生态系统服务价值估算尺度效应

为探究不同尺度或不同来源的土地利用/覆盖(land use/land cover,LULC)数据产品对生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)估算的影响,本研究以丹江口水库水源区(湖北段)为例,通过升尺度算法获取了两种LULC数据产品在30~3000 m范围内共12个不同尺度的土地利用数据,并使用当量因子法分析不同尺度下的ESV特征,旨在研究LULC数据对ESV估算的空间尺度效应。结果表明:随着空间尺度的增大,LULC数据的空间细节逐渐减弱,但总体空间格局相对稳定,ESV的组成结构也基本保持稳定;两种LULC数据产品估算的ESV平均相差约4.23%,具体差异随空间尺度的变化有所波动;不同尺度的ESV估算结果存在一定差异,但总体上在30~500 m尺度保持相对稳定,而在1000 m及以上尺度波动较大,由此推断以500 m及以下尺度为基础进行研究区ESV估算较为适宜。研究结果可为选取合适尺度的LULC数据进行ESV估算提供依据,对提高ESV估算的可靠性、促进生态产品价值实现等方面具有一定的参考价值。

南水北调中线供水区水域面积变化遥感分析

为更好地研究调水对供水区域水域面积的影响,利用遥感技术研究了南水北调中线工程调水前后供水区及其下游四季的水域面积变化情况及其动因。研究表明:在调水工程实施之后,汉江中下游区域出现了水域面积大幅度下降的情况,汉江流域水域面积从2011年到2015年整体减少,尤其是春夏季水域面积减少最多,春季减少52.6km^(2),夏季减少65.8km^(2),减少比例达到17.3%,秋季和冬季水域面积减少幅度较小,秋季水域面积减少23.4km^(2),冬季水域面积减少最少,为4.2km^(2)。

丹江口库区退捕渔民可持续生计问题探究

长江禁捕后大量渔民上岸,面临生计挑战与返贫危机,妥善解决其生计安置、社会保障与转产转业等问题迫在眉睫。本文以湖北省十堰市丹江口库区退捕渔民可持续生计问题为研究对象,基于案例分析与实地走访发现,退捕渔民个人素质水平偏低、技能单一、年龄偏大等是其在上岸后生活面临的主要问题,并从中剖析原因,从转产转业、个人综合素质提升以及政策保障等方面提出促进退捕渔民可持续生计的具体对策建议。

丹江口库区库岸稳定性评价

对丹江口库区库岸进行专项调查,在库岸基本特征分析的基础上,从地质条件、斜坡自然环境、地质灾害、动力作用4个方面对库岸稳定性进行评价,为丹江口库区生态环境保护和地质灾害防治规划提供初步的基础地质依据。

丹江口库区及其上游流域水行政执法协作实践与探讨

丹江口库区及其上游流域是南水北调中线工程水源地,是保障南水北调中线工程受水区供水安全“生命线”。丹江口库区及其上游流域水质安全保障工作涉及多区域、多领域和多部门,需要共同配合、联合行动。梳理了10年来水行政执法协作成果,从完善法规制度、加强执法监管、提升法治能力等方面总结了执法协作成效。通过分析丹江口水库水质安全保障工作极端重要性及长江保护法强调协同治理、强化流域治理管理相关要求,从健全水法规制度体系、加大执法监管力度、不断凝聚执法合力、加快推进智慧执法等方面提出了深化执法协作思路,从而构建上下贯通、横向联动、全域覆盖、共同发力的工作格局,打造具有涉水执法特点、区域协作特色、智慧执法特征的水行政执法协作“丹江口样本”,维护丹江口库区及其上游流域水质安全。

丹江口水库库区县域乡村振兴规划研究

为探索丹江口水库库区县域乡村振兴规划实现路径,以河南省淅川县为例,通过在全县范围内选取38个乡村振兴示范村,根据乡村振兴的要求分析示范村在各方面存在的问题,按照乡村振兴战略的总体要求从全县层面提出“双核两带,四区多点”的县域乡村振兴空间格局,将全县划分为香九厚片区、县城带动区、荆寺西片区和环库发展区四大片区,进而从产业发展、乡村建设、乡风文明、社会治理、人才建设5个方面提出具体思路,为库区及移民村实现乡村振兴提供可靠范式。

丹江口库区土地利用及其生态系统服务价值情景模拟

丹江口库区是南水北调中线工程的水源地,2015年大坝加高正常蓄水后不仅将新增淹没面积,也会引起土地利用的变化。本文以灰色预测为基础,设计了生态安全、经济发展和综合发展3种目标情景,并借助于CLUE-S模型对库区土地利用及其生态系统服务价值进行时空模拟,结果表明:水位提高前后土地利用变化引起各生态系统类型、面积及空间分布格局的变化,直接影响生态系统所提供服务的种类和强度。生态安全目标情景的总价值最大,水位提高前后分别为161.9和167.2亿元;经济发展目标情景的总价值最小,水位提高前后分别为153.73和159.03亿元。在各情景模式下,库区生态系统服务总价值均有所提高,灰色预测结果提高5.25亿元,生态安全和经济发展目标情景均提高5.3亿元,综合发展目标情景提高5.42亿元。

丹江口水库区岩石软化性能试验研究

通过采用岩样干燥、自然和饱和状态下的物理力学性能试验,对丹江口水库库区代表性岩样的软化性能进行了研究,以此探讨岩石软化作用,为丹江口水库续建工程诱发地震机理研究提供基础数据。结果表明,随着试件含水率的增加,岩石单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均下降,岩石的软化系数与孔隙比有直接关系。

鄂西北丹江口库区大气氮沉降

利用雨量器在鄂西北丹江口库区连续3a采集降雨样品,研究了大气氮沉降的变化动态。结果表明:2009—2011年月均总氮(TN)浓度为3.70—10.36 mg/L,与当月降雨量呈极显著线性负相关(R=-0.592**,n=32),季均TN浓度为冬季(8.21 mg/L)>春季(3.94 mg/L)>秋季(3.23 mg/L)>夏季(2.70 mg/L),年均TN浓度为3.70 mg/L。大气氮素年均干湿总沉降量为26.53 kg/hm2,其中干沉降为7.80 kg/hm2,占总沉降量的29.4%;湿沉降为18.73 kg/hm2,占总沉降量的70.6%。干沉降中铵态氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、可溶性有机氮(DON)和颗粒态氮(PN)分别占TN的22.1%、16.8%、37.2%和23.9%,湿沉降中它们分别为TN的36.6%、34.4%、12.9%和16.1%。

2004年丹江口库区调查发现的石制品

2004年在丹江口库区发现并复查了43处旧石器旷野地点,共采集石制品367件。石制品包括石核、石片和石器,石器类型主要有刮削器、砍砸器、石球、手镐、手斧等。这些旷野地点分布在沿江两岸的第2、第3和第4级阶地上,时代从旧石器早期延续到晚期。各阶地的石器工业面貌较为一致,表现出以砾石及大中型石片加工而成的重型工具为主的特点。手镐、手斧等具有阿舍利技术特征的重型工具的发现,促使我们重新思考东、西方早期文化之间的异同,并为进一步探讨早期人类的迁徙、扩散和区域间的文化交流提供了重要材料。

丹江口水库消落区土地覆被空间格局分析

基于10 m分辨率的DEM数据,对丹江口水库150 m、160 m1、70 m和172 m水位淹没范围进行了提取;基于2009—2010年获取的RapidEye和Landsat-5 TM遥感数据,采用面向对象分类法,对丹江口水库172 m水位线以下的区域进行了土地覆被遥感监测。据此探讨了丹江口水库消落区土地覆被的空间特征,分析了引起土地覆被空间格局差异的影响因素。监测结果表明,丹江口水库150～160 m、160～170 m和170～172 m水位消落区的面积分别为232.0 km2、242.6 km2和43.1 km2;在各水位消落区内,土地覆被类型均以耕地为主,其面积均占各区间面积的50%左右;在低水位处裸地面积较大,高水位处森林面积较大。大坝水位调度和库岸坡度是丹江口水库消落区土地覆被空间格局差异的影响因子,高程低的区域受大坝水位调度和库岸坡度的双重影响,高程较高的区域则主要受库岸坡度的影响。

丹江口库区主要植被类型水源涵养功能综合评价

以坡耕地作为对照,对丹江口库区栎类阔叶林、马尾松林、松柏混交林、柑桔园、灌木林6个主要植被类型的水源涵养功能采用层次分析法(AHP)进行了定量分析和综合评价。结果表明:不同类型林冠截留率平均为20.64%;林地凋落物持水量平均1.85mm;林地土壤总蓄水量平均879.78t/hm2;地表径流平均为251.9mm;土壤侵蚀量平均为10.40t/hm2。综合评价结果表明栎类阔叶林的水源涵养功能最强,其后依次是松柏混交林、马尾松林、柑桔园、灌木林和坡耕地。

丹江口库区不同植被类型地表根系对土壤渗透性的影响

为研究地表根系结构特征及其对土壤渗透性的影响,通过对丹江口库区针阔混交林、灌木林、针叶林和阔叶林35块样地进行地表土壤（0～10和10～20 cm土层）和根系采集和室内实验,分析4种植被类型根系结构特征、土壤渗透特性及其相互作用关系,并建立回归方程。结果表明：4种植被类型土壤0～10土层的土壤初渗率和稳渗率均高于10～20 cm土层;土壤0～10和10～20 cm土层土壤初渗率和稳渗率在不同植被类型间均表现相同趋势,即阔叶林〉针阔混交林〉灌木林〉针叶林;不同植被类型土壤初渗率、稳渗率等指标均与根长密度和根表面积密度存在显著的线性相关性（P〈0.05）;根系直径在0.5～5 mm范围内的根系结构特征参数与土壤入渗特征指标之间存在显著的线性相关性（P〈0.05）;在Kostiakov入渗模型中,直径介于0.5～5 mm不同径级的根长密度和根表面积密度与b值正相关,与a值负相关。丹江口库区阔叶林和针阔混交林土壤渗透性能优于灌木林和针叶林,4种不同的植被类型土壤入渗特征值均随根系结构参数值增大而增大,且直径在0.5～5 mm径级范围内的根系对土壤渗透能力的增强作用最明显。

丹江口湖北库区不同林分类型枯落物储量及持水性能

对丹江口湖北库区马尾松林、柏木林、松柏混交林、针阔混交林、栎类林5种主要林分类型的枯落物储量、持水量、吸水速率进行研究。结果表明:不同林分类型枯落物现存量具有一定的差异,松柏混交林枯落物储量最大(29.26t/hm2),其次为马尾松林(24.49t/hm2)、针阔混交林(21.93t/hm2)、栎类林(6.56t/hm2),以柏木林枯落物储量最小(9.47t/hm2)。各林分不同层次持水量、吸水速率与浸水时间之间的动态变化规律基本相似,随着浸泡时间的增加,枯落物吸水速率具有差异,0～1h枯落物吸水最快,1～2h逐渐减缓,而到了2～10h枯落物吸水基本饱和,逐渐趋向于0。拟合回归发现,枯落物持水量与浸泡时间按指数方程Q=aln t+b增加,吸水速率与浸泡时间按幂函数V=ktn递减。同时,最大持水量均是半分解层>已分解层>未分解层,而吸水速率则是针叶林分半分解层>已分解层>未分解层,阔叶林为已分解层>半分解层>未分解层。