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。

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。

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。

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。

丹江口库区不同降雨类型下典型植被措施的水土保持效应

为了进一步研究丹江口库区不同降雨类型下植被措施控制土壤侵蚀的效果,以丹江口库区典型生态修复小流域为研究对象,采用坡面径流小区观测法,基于长期野外原位监测的降雨和径流泥沙数据,以裸地为对照,研究不同降雨类型下典型植被恢复措施[柏树林(Cupressus funebris,CF)、枇杷林(Eriobotrya japonica,EJ)和紫花苜蓿草地(Medicago sativa,MS)]对坡面产流产沙和土壤侵蚀的影响,分析植被措施的水土保持效应对降雨类型的响应特征。结果表明:(1)中历时、中雨量、小雨强降雨(雨型Ⅲ)是研究区常见的降雨类型,短历时、小雨量、大雨强降雨(雨型Ⅰ)和长历时、大雨量、中雨强降雨(雨型Ⅱ)发生的频率相对较低,但雨型Ⅰ所导致的土壤侵蚀最为严重,占总侵蚀量的46.79%以上,降雨量和最大30 min雨强(I 30)是控制该区域土壤侵蚀的关键降雨因子。(2)植被措施均具有显著的水土保持效应,减流减沙效益依次为紫花苜蓿草地>柏树林>枇杷林。相比于裸地,紫花苜蓿草地径流系数减少54.07%,含沙量减少50.80%,土壤侵蚀量减少65.47%,而枇杷林的径流系数、含沙量和土壤侵蚀量仅分别减少30.60%,36.21%,45.42%。植被措施在雨型Ⅲ下的水土保持效应最优,以紫花苜蓿草地效果最好,土壤侵蚀的减少量可达87.98%,而在雨型Ⅰ条件下稍差,其中柏树林的效果相对较好,侵蚀减少量为65.25%;植被措施的减流效益随着降雨量的增加逐渐降低,减沙效益则随着I 30的增加而降低。当I 30<41 mm/h,紫花苜蓿草地的减沙效果较佳;当68.8 mm/h>I 30>41 mm/h,柏树林的减沙效果相对较好,但低于41.55%。研究结果对于丹江口库区水土保持及资源可持续利用具有重要指导意义。

酸雨对丹江口库区膨胀土变形和微观结构影响研究

为探究酸雨入渗对膨胀土边坡稳定性的影响,本文以湖北丹江口库区膨胀土为研究对象,模拟不同酸性条件(pH为3、4、5、7)开展比重试验、固结试验、X-射线衍射试验和扫描电镜试验,分析不同pH的酸雨对其比重、压缩特性、矿物成分和微观结构的影响.研究结果表明:随着pH的降低,膨胀土的比重增加,压缩系数的变化幅度增大;土中石英的含量增加,伊利石、钠长石和蒙脱石的含量有小幅度的降低;酸雨侵蚀后,膨胀土的基本单元体由片状、固体状逐渐变成絮状.

丹江口库区典型小流域生物结皮驱动土壤性质变化及分离响应

为探究生物结皮发育驱动下土壤水蚀特征及机理,选取苔藓发育为优势种的退耕样地,设计5个盖度等级(1%~20%,20%~40%,40%~60%,60%~80%,80%~100%),以裸地为对照,在不同水流剪切力(6.12~19.64 Pa)下进行冲刷试验。结果表明:结皮发育显著影响土壤养分含量,且高盖度结皮覆盖下养分表聚效应更加明显。生物结皮发育显著影响土壤分离能力,裸地土壤分离能力[1.4656 kg/(m^(2)·s)]为生物结皮[0.0042~0.4682 kg/(m^(2)·s)]的3.58~348.95倍,裸地细沟可蚀性(0.2935 s/m)为生物结皮(0.0010~0.0822 s/m)的3.57~293.50倍。相对土壤分离能力及细沟可蚀性均随结皮盖度增加呈指数函数衰减,结皮冲破时间随结皮盖度增加呈指数函数增长;非线性回归分析表明,土壤分离能力可用水流剪切力、生物结皮盖度和土壤黏结力进行模拟(NSE=0.749)。综上,生物结皮发育显著提升土壤抗侵蚀性能,研究结果可为半湿润区水土流失防治及生物结皮管理利用提供理论参考。

鲁西豫东地区奥陶系岩溶热储形成演化及主控因素分析

鲁西豫东地区奥陶系碳酸盐岩中赋存丰富的地热资源,但研究区内的热储特征及其主控因素仍不明确。综合露头、岩心、薄片、测录井等地质与地球物理资料,对奥陶系碳酸盐岩岩溶热储特征、演化过程及地热田的形成进行了深入研究。结果表明,研究区奥陶系主要储集岩性为颗粒灰岩、角砾灰岩、灰质白云岩、晶粒白云岩及硅质灰岩。凸起区残厚约500~1000 m,孔隙度均值为2.76%,凹陷区残厚约0~500 m,均值为2.22%,凸起区相较于凹陷区,残厚相对大,孔渗相对较大;受兰聊断裂影响较为明显,“凹凸”呈环状分布;岩溶热储经历了胶结、白云化、压实、压溶、溶蚀、充填、重结晶及构造破裂等成岩作用综合改造;岩溶热储主要经历了早成岩期增孔(早—中奥陶世)、表生成岩期增孔(晚奥陶世—早石炭世)、中—晚埋藏期减孔(晚石炭世—早三叠世)、表生成岩期增孔(中新生代,主要发育于菏泽凸起区)4个阶段。岩性岩相、成岩作用以及构造应力控制着研究区奥陶系岩溶热储的形成演化,综合研究区地热的源—储—盖基础条件分析,明晰了研究区奥陶系岩溶热储流体循环特征,预测了地热资源量。

2000-2020年丹江口水库(河南部分)水体面积数据集

丹江口水库作为南水北调中线工程水源,利用遥感影像对水库边界进行长时间序列动态变化监测,对于保障南水北调调水量具有重要意义。本研究采用多时相Landsat遥感影像集,通过修正的归一化差异水指数(m NDWI)、增强植被指数(EVI)和归一化差异植被指数(NDVI)之间的关系,基于Google Earth Engine云平台获取了长时间序列的丹江口水库地表水体空间数据集。本数据集包括了2000–2020年21期丹江口水库水体空间数据,可以为研究丹江口水库水体时空变化提供依据,也可以作为研究该区域气候变化、生态环境变化的基础数据。

基于斜坡单元与信息量法的丹江口库区典型流域地质灾害易发性评价

地质灾害易发性评价是地质灾害危险性评价及风险评价的基础。本文以斜坡单元为最小评价单元,选取坡度、斜坡结构、工程岩组等8个指标作为评价因子,基于GIS平台采用信息量模型对丹江口库区典型流域开展地质灾害易发性评价,划分出极高、高、中、低4类易发区,分布面积分别为128.67 km^(2)、455.71 km^(2)、622.55 km^(2)和634.77 km^(2),分别占总面积的7%、24.7%、33.8%和34.5%。极高和高易发区主要分布在十堰断裂附近及以北区域,灾害点发育密度高,具带状分布特征。经成功率曲线法检验,评价结果合理,可以为地质灾害危险性评价及精准风险区划提供参考,进而为国土空间规划及风险管控提供重要依据。

南水北调水源地乡村产业空间分异特征及影响因素分析——以丹江口库区十堰段为例

本文以丹江口水库湖北十堰段的两个县级行政区(郧阳区和丹江口市)为研究区域,基于乡村产业信息,利用量化方法,对乡村产业的空间特征进行研究,并分析其影响因素,继而通过OLS模型,量化影响因素的相关性。结果表明:该地区乡村产业总体呈现西北—东南走势,中东部地区密度较高,主体围绕库区主湖面分布;丹江口市“县—镇—村”空间结构特征明显,郧阳区仅在中心组团出现较强聚集,“镇—村”层面产业发展较为均质。量化验证后发现,人口密度及地形坡度对产业格局影响较大,邻水及交通优势村庄与产业发展在此地区未发现强相关性。最后,以乡镇为基本单元,结合前述分析及实地调研,划分4种镇乡镇发展类型,并尝试分类提出对应发展策略及建议。

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。

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。

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。