基于三维生态足迹的渭河流域甘肃段可持续发展综合评价与影响因素分析

渭河流域生态系统的稳定和可持续发展是实现黄河流域保护和高质量发展战略的关键。本研究以渭河流域甘肃段为研究对象,采用生态足迹理论和改进的三维生态足迹模型,评估了2005—2020年期间该区域的生态安全状况及其变化趋势。基于此,对渭河流域的生态可持续性以及资源供需平衡进行了综合评价。结果表明,该时段内,渭河流域甘肃段的生态足迹、生态承载力和生态赤字均呈增长趋势,其中生态足迹的增速超过了生态承载力的增速,导致生态赤字持续增加,反映出该地区资源供给不足以满足需求。生态足迹分析的广度与深度均有所增加,反映出该区域存量资本被过度利用,且耕地、林地和建设用地对资源流量的占用水平上升,而水域和草地的占用水平下降。此外,生态足迹的变化受多种因素驱动,包括自然环境、经济增长和社会发展等,其中建成区面积、城镇化率、人均GDP和各产业产值与之正相关。研究还发现,区域土地的生态可持续性已从基本平衡转变为轻度不可持续状态,并且有进一步恶化的趋势。适度人口比例实际人口的比例下降,人口增长空间减小,使得生态可持续性难以稳定保障。本研究为黄河流域保护和高质量发展战略提供了科学依据。

渭河流域甘肃段生态脆弱性时空演变分析

为及时了解渭河流域生态环境状况并客观掌握其时空变化特征,本研究以渭河流域甘肃段为研究区域,选取生态敏感性-生态适应性-生态暴露度(VSD)概念模型,构建渭河流域甘肃段生态脆弱性评价指标体系,以栅格为基础评价单元,结合空间主成分分析和地理探测器等方法对2005~2020年渭河流域甘肃段生态脆弱性进行评价。结果表明:(1)渭河流域甘肃段生态脆弱性以中度脆弱性为主,脆弱性程度由东南地区向西北地区逐渐增加;(2) 2005~2020年生态脆弱性综合指数分别为2.83、2.75、2.62、2.51,呈逐渐减小的趋势;(3)微度脆弱区以林地为主,轻度脆弱区以林地、草地和耕地为主,中度脆弱区和重度脆弱区以耕地和草地为主,极度脆弱区逐渐转为以城市居民点和工矿用地、未利用地为主。总体上,2005~2020年渭河流域甘肃段生态脆弱程度有所下降,生态环境质量朝好转趋势发展。

基于组合赋权模糊物元可拓模型的渭河流域甘肃段河流健康评价

从水文完整性、化学完整性、形态结构完整性、生物完整性及社会服务功能5个准则层出发,构建了渭河流域甘肃段河流健康评价指标体系;采用基于改进层次分析法和Critic法的组合赋权法和模糊物元可拓模型计算河流健康状况评价等级,对渭河流域甘肃段河流健康状况进行了评价,并结合障碍诊断模型,分析了该研究区域河流健康突出问题。结果表明:2017—2019年渭河流域甘肃段干流河流健康等级均为亚健康状态,且呈现小幅好转趋势;5个准则层中化学完整性表现最差,流域治理应重点关注河流水质治理;评价河段的敏感度指标与水文、化学、生物完整性相关,是提高河流健康水平最有效的敏感因子。

基于不同水文学方法的河流生态基流研究——以渭河甘肃段为例

[目的]明确渭河甘肃段生态基流推荐值,揭示不同水文学方法计算渭河甘肃段生态基流的适用性,进而为渭河甘肃段生态基流保障提供参考。[方法]基于北道水文站近65年月径流资料,采用Tennant法、传统年内展布法、改进年内展布法及基流比例法对渭河干流甘肃段的河流生态基流值进行了计算对比。[结果]Tennant法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.12~12.38 m^(3)/s;传统年内展布法计算生态基流应控制在0.72~4.13 m^(3)/s;改进年内展布法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.48~8.19 m^(3)/s;基流比例法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.76~12.37 m^(3)/s。4种方法计算得出的河流平均生态基流分别占多年平均流量的16.89%,6.59%,12.69%,15.83%。[结论]基流比例法与改进年内展布法对于非汛期基流分配效果较为良好,基流比例法计算结果可作为渭河甘肃段生态基流推荐值,未来应加强河道的生态基流保障研究。

近60年来渭河甘肃段径流演变及驱动因素

分析径流量的长期变化趋势并研究其影响因素是高效利用地区水资源的前提。为明确气候变化与人类活动对渭河甘肃段径流的影响,利用Mann-Kendall方法和R/S方法,分析了渭河甘肃段径流、降水与气温等水文气象要素的变化趋势;利用小波分析对径流的周期性特征进行了研究;通过Mann-Kendall方法与累积距平法判定了径流变异年份,并将整个研究周期分为基准期与人类影响活动期;通过累积量斜率变化率法定量计算了气候变化与人类活动对径流变化的贡献。结果表明:(1)1953—2010年,渭河甘肃段径流量与降水量整体呈下降趋势,气温呈显著上升趋势。(2)径流突变出现在1991年,人类活动影响期较基准期径流量下降8.02亿m3,其中气候变化对径流量减少贡献率为37.57%,人类活动影响占比62.43%。综上,人类活动对径流的影响占据主导。研究阐明了渭河甘肃段未来水文气象变化趋势,并对径流变化驱动因素的定量分析,为地区水资源的高效利用提供了理论依据。

渭河流域甘肃段径流演变特征与生态流量评价

为探究渭河流域甘肃段径流演变规律,选取1956年~2016年长时间序列实测月径流资料,基于累积距平法、Mann-Kendall检验法、有序聚类法,分析渭河流域甘肃段径流趋势、年内分配和突变特征;并以武山、北道和元龙水文断面为例,采用Tennant法、Q_(p)法、频率曲线法和近十年最枯月流量法对渭河流域甘肃段河道生态流量进行对比分析。研究结果表明,渭河流域甘肃段河道年径流量主要呈下降趋势,于20世纪90年代初发生径流突变,且存在1956年~1993年的丰水期和1993年~2016年的枯水期2个阶段;年内分配不均匀程度高,不均匀系数在0.45~0.86之间;将4种方法的计算结果与1956年~2016年天然径流系列在95%保证率下的流量进行比较,最合理的结果为采用Tennant法计算的渭河甘肃段河道生态流量,计算结果合理、可靠。

渭河干流沿岸土壤有机质空间分布特征及其影响因素

通过野外实地调查,系统采集了渭河干流区域土壤表层及深层样品,利用方差分析、缓冲区分析等分析方法,研究了土地利用类型、海拔、坡度、坡向以及距离河岸的距离因素对土壤有机质空间分布的影响。结果表明,渭河流域沿岸区域土壤有机质含量总体偏低,分布不均,变异性较大,随着土层深度增加有机质含量逐渐降低。土地利用类型、海拔、坡度、坡向以及距离河流的距离因素只在20cm以上土层具有显著影响。不同用地类型有机质含量的顺序是:农田>林地>果园>荒滩草地。随着海拔升高,有机质含量逐渐增加。阴坡和半阴坡的有机质含量明显高于阳坡。离河岸越远有机质含量越高,随深度增加这种趋势逐渐减弱。

天水渭北地区的变质花岗岩类地质特征

天水渭北地区地处祁连与北秦岭造山带结合部位。通过详细的岩石学特征、接触关系、形变及变质特征研究,从变质地层中识别和解体出众多的变质花岗岩体。主要成岩期及代表性岩类有:中元古界为片麻状花岗闪长岩-二长花岗岩,震旦纪为片理化闪长岩。采用多种构造判别图解,获得了重要的构造环境信息。中元古界的花岗岩类是板块碰撞前过渡性结晶基底上局部熔融花岗岩类。震旦纪花岗岩类与板块碰撞作用密切有关,是碰撞造山—碰撞后抬升这一过程形成的花岗岩类。花岗岩类记录了祁连地块与秦岭地块碰撞的重要证据。

天水渭北地区花岗岩类的岩石地球化学特征

天水渭北地区地处祁连造山带与北秦岭造山带的结合部位。在渭河断裂以北出露广泛的花岗岩类属铝过饱和岩石,为钙碱性岩类。前石炭纪花岗岩类w(Al2O3)／[w(Na2O+K2O+CaO)]值均小于1．1;石炭纪以来岩体w(Al2O3)/[w(Na2O+K2O+CaO)]值大多大于1．1;岩体贫大离子亲石元素如Ba、Rb、Sr、Y、Ta、Be、B、Zr、Nb,低亲硫元素Ga、Cu,而高Mo、Sn、Bi、W等高温热液成矿元素和亲铁元素Se、Cr、Ni、Co。稀土元素显示石炭纪以来岩体形成于稳定大陆环境,前石炭纪岩体的形成环境与造山作用密切相关。

甘肃渭河流域土地利用及覆被变化对径流的影响研究

利用遥感图像、1980年和2000年Landsat TM影像数据,用分类统计方法、分段比重百分比指标法分析渭河流域土地利用及覆被变化空间分布和转移情况。以清源河小流域为研究实例,用分类水文模型对其进行了模拟。结果表明,黄土高原土地利用及覆被变化对流域年径流有显著影响,即:对径流的影响表现为季节性特征明显;对暴雨形成的洪水过程有延时效应。

陇东南地区鱼类资源多样性的研究

陇东南地区位于世界两大动物地理区古北界和东洋界在我国分界线的秦岭西端,属我国华北、华中、蒙新、青藏四大动物地理分布区的交汇地带,鱼类资源比较丰富。有鱼类82种,隶属于56属12科6目。其中野生鱼类72种。渭河水系有19种,嘉陵江水系有44种,两大水系鱼类相似性指数为30.51%,区系构成非常复杂。通过对陇东南地区鱼类的地理分布及有关分布情况的调查、资料收集、整理,研究了陇东南地区鱼类资源的多样性。

渭河南岸(陕西段)构建水生态廊道规划的设想

为缓解渭河干流枯水期生态水量不足问题,同时打造环山景观带及观光农业产业带,本文根据渭河南岸水系特点及水资源情况,依托秦岭北麓各支流洪水资源丰富以及规划区域植被茂盛、水生和湿地生物丰富等良好的自然禀赋,提出构建渭河南岸水生态廊道这一水系综合治理措施,介绍了该生态廊道的规划设计,并分析其对渭河干流生态水量的贡献。

渭河流域干流地区空间发展格局研究

从社会经济、水土资源和生态环境3个方面对渭河流域干流地区资源环境和社会经济空间发展的总体状况进行了概括。通过GIS数据库分析功能和因子分析方法,获取了渭河流域干流地区空间格局划分的初步方案,并在此基础上依据渭河流域干流地区空间发展类型区的不同,从产业、基础设施和资源环境保护等方面提出相关发展对策,以期为渭河流域干流地区各级政府进行空间管治提供依据。

基于分形和R/S分析的渭河干流径流变化特征研究

变化环境下日益突出的水资源供需矛盾对流域水资源管理提出更高要求。通过分析流域径流量变化特征,揭示流域水资源演变趋势,为流域水资源合理开发利用提供依据。以渭河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验、分形理论和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流时空变化特征、持续性及两者之间的关系。结果表明:渭河干流各站点的月径流量均呈减少趋势,从上游到下游,月径流量减少趋势的显著性越来越弱,呈显著性减少趋势的月份越来越少。渭河干流各站点的月径流深Hurst指数均大于0. 5,即未来与历史变化情况呈正相关性,各站点未来月径流量将呈持续减少趋势。汛期分维数大于非汛期,上游月径流分维数小于下游,中游月径流分维数最大。分维数越大,径流过程变化越复杂,河流调节能力越差,表明渭河干流在汛期和中游径流量调节能力相对较差。Hurst指数与分形维数之间有着显著负相关性,即径流量越复杂,分维数越大,Hurst指数越小。研究结果可为流域水资源科学调度提供依据,有利于促进流域内水资源严格管理。

水污染负荷分配双层多目标优化模型研究

由于现有的水污染负荷分配模型难以在每一级都兼顾公平与效益原则,并且很少考虑环境保护税法以及水功能区水质达标考核的实施对水污染负荷分配产生的影响,使得现有负荷分配模型难以应用于流域各级管理机构。本文提出一种双层多目标优化模型,以解决不同管理层级的负荷分配问题。上层分配以最小环境基尼系数和最小单位污染物排放成本为目标,同时考虑环境保护税的影响;下层分配以工业产值最大化和削减率不均匀性最小为目标,同时满足各水功能区水质达标。将该模型应用于渭河干流陕西段,结果表明,双层多目标优化模型能够较好地解决在环境保护税法与水功能区水质达标考核实施背景下的水污染负荷分配问题,从而可以为各级决策者提供更好的参考。

渭河干流甘肃段生态足迹与承载力评价分析

渭河作为黄河第一大支流,在黄河治理开发中占有重要地位。应用改进三维生态足迹法核算渭河干流甘肃段2009—2019年生态足迹和承载力,研究社会经济活动对流域生态环境的影响,探讨促进流域高质量发展的措施。结果显示:2009—2019年渭河干流甘肃段化石能源用地和耕地是流域生态足迹的主要组分,分别为36498.64和12869.88 hm^(2)(以省公顷为面积当量);流域生态足迹和生态承载力整体呈先增大后减小的趋势,生态自然资源供给能力占区域消费能力的比例从13.92%升至15.16%,人均生态赤字以每年2.95%的速率持续下降,生态足迹广度和深度增加趋势明显,表明流域自然资源消费结构不合理局面得到缓和,但生态环境压力缓解趋势不明显。未来应采取增加生态用地、调整产业结构、优化资源消费结构等措施缓解区域生态压力。

基于优化模型的河流纳污量计算方法研究

基于最优化的思想,提出以纳污量最大化为目标,建立河流纳污量优化计算模型及方法,以获得河流最优的纳污量,同时解决水质目标浓度设置中存在的主观随意性以及纳污量计算中出现负值等问题。研究成果为河流纳污量计算提供一种新的思路。

基于DPSIR模型的渭河干流甘肃段生态安全评价

[目的]分析渭河干流甘肃段生态安全现状,为该流域生态文明建设提供理论依据。[方法]通过DPSIR模型构建渭河干流甘肃段生态安全评价指标体系,运用组合赋权法确定指标权重,并利用障碍模型诊断障碍因子。[结果](1)渭河干流甘肃段生态安全指数呈先降后升的趋势,生态安全等级由Ⅳ(较危险)经Ⅴ(危险)先向Ⅳ(较危险)再向Ⅲ(预警)转变;(2)项目层指数变化幅度较小,驱动力、压力和影响指数波动下降,状态和响应指数波动上升,生态安全状况整体有所好转;(3)人口增长率、经济增长率、植被覆盖率、城镇污水处理率和农业用水利用率是影响渭河干流甘肃段生态安全的主要障碍因子。[结论]未来应注重经济、政治、文化、生态环境四者的有机统一,进一步推动经济与生态的和谐发展。

渭河干流定西段的管理保护分析与建议

渭河干流定西段受天然因素和人为因素干扰,不同程度上出现了河流水质恶化、形态结构破坏、水文条件变化以及生境退化等问题。在综合分析河流系统特征的基础上,结合渭河干流流域自然环境特征及河流生态环境现状,提出渭河干流定西段管理保护的措施建议。

甘肃渭河源区山水林田湖草生态环境问题与生态修复研究

为了科学合理提出甘肃省定西市渭河源区的山水林田湖草生态保护修复方案,作者以三大安全屏障为理论基础,提取了12个小流域为基础单元,兼顾乡镇级行政单元的完整性,构建了黄土丘陵农业生态区、秦岭山地森林生态区、高寒草甸草原生态区共3个生态修复分区,分析了3个分区的生态环境问题,针对各区生态环境问题,提出了各分区的生态保护修复方案,布设矿山生态修复工程、地质灾害治理工程、土地综合整治工程、水土流失综合治理工程、重要生态系统和生物多样性保护与修复工程六大类工程,实现山水林田湖草等生态要素的有机结合,为渭河源区山水林田湖草生态环境保护修复工程的实施奠定基础。