官厅和密云水库水域面积变化及影响因素比较研究

以首都水源涵养功能区内的官厅水库和密云水库为研究对象,评估了两个水库1980年以来的水域面积变化,分析了降水量、植被覆盖度和人为用水量三项因素的影响。利用1980—2022年长时序遥感影像提取了水库水域面积,计算了植被覆盖度,使用Pearson相关分析探讨了影响因素相关关系。研究表明:(1)自2013年以来,两个水库水域面积均持续增加至历史高位,表明水源涵养成效显著。(2)近40 a来,两个水库的水域面积变化过程同步性明显,均表现为上升期-高位保持期-下降期-地物维持期-恢复期5个阶段。(3)水库上游张家口段流域年降水量与水库面积之间没有表现出相关性;与解译影像同期的6—7月降水量与水库面积之间也没有表现出相关性。(4)官厅水库上游张家口段的植被覆盖度整体呈现上升态势,2000年是一个变异点。密云水库上游张家口段的植被覆盖度持续稳定在0.7水平上。相关分析表明,植被覆盖度与水库水域面积之间没有相关性。(5)永定河流域张家口段人为用水量从2000年来整体上逐年减少0.2×10^(8)m^(3),与官厅水库水域面积呈显著负相关,有效增加了水库入库水量。(6)2019年以来流域水库集中输水和引黄补水,对官厅水库水域面积和沿河地区生态补水影响较大,建议对张家口水源涵养成效从地表径流入库量、地下水回升量、生态补水量等方面进行综合评估。

基于卫星资料的北京陆表水体的热环境效应分析

应用不同分辨率的卫星资料对北京水体类别、密云水库及城区典型水体的热环境特性及城区水体对其周围热环境影响进行研究分析.利用2006年的MODIS卫星地表温度产品对北京不同类型的地表温度研究显示:就北京四季平均状态来说,水体类别在白天具有降温作用,在秋季和冬季夜晚具有保温作用,在春季和夏季夜晚具有降温作用.利用NOAA/AVHRR卫星资料对密云水库的研究分析显示:密云水库在夏季白天具有"冷湖效应",夜晚具有"暖湖效应";密云水库在冬季未结冰时白天和夜间具有"暖湖效应",在结冰时白天具有"冷湖效应"而晚上无冷暖效应.利用FY-3A/MERSI、NOAA/AVHRR和Landsat-TM卫星资料对北京城区典型水体监测结果显示:城区水体不会有热岛现象出现,大面积的水体易出现"冷岛效应".利用2008年夏季Landsat-TM卫星资料对城区典型水体和天坛公园绿地500 m范围内的建筑地温研究分析显示:城区水体温度明显低于天坛公园绿地.城区各水体周边100 m范围内建筑区地温平均下降1.2℃;100～200 m内下降0.6℃;200～300 m内下降0.4℃,300 m范围外无明显变化.天坛公园绿地周边仅100 m内的建筑区地温下降,下降值为0.4℃.这些研究结果表明:卫星资料能有效监测水体的热环境效应,大面积的水体是降低城市地表热岛效应的重要来源,北京城区水体对周边最大300 m范围内的建筑区地表温度具有降温效应.

辅助数据在面向对象分类方法中的应用——以密云水库上游为例

密云水库上游位于华北平原向蒙古高原的过渡带内,自然条件差异大,人类活动对该区域影响显著。因此,对该地区土地覆盖类型遥感监测方法的研究具有典型的指导意义。基于高分辨率遥感影像,着重探讨辅助数据在面向对象分类方法中的应用,对密云水库上游地区的土地覆盖进行分类提取。结果显示,研究区内共包含26类土地覆盖类型,其中落叶阔叶灌木林、落叶阔叶林、草丛以及旱地,这4种类型的面积占总面积的85%,是全区的主要土地覆盖类型。在分类时,采用多源异构辅助数据,研究了北方山区常绿针叶林、旱地等土地覆盖类型的识别方法,有效降低了"同物异谱"和"同谱异物"现象对分类精度的影响。

密云水库流域降雨径流土壤中氮磷流失规律——以石匣试验区为例

利用石匣水土保持监测试验区 ,分析降雨径流及土壤中氮、磷流失的规律 .研究结果表明 :(1)开荒及裸地最易产生径流 ,其中荒坡产生的泥沙中总氮含量、总磷含量最高 ,其次为林果地、草地 ,农地最低 ;(2 )流失泥沙中氮、磷富集 ,磷主要以泥沙形式被迁移带走 ,溶解态极少 ;泥沙中总氮、总磷富集率为坡耕 >免耕 >等高种植 ;(3)大部分雨后土壤的pH值、有机质略有下降 .雨后土壤主要是 0 0 0 5～ 0 0 0 1mm及 <0 0 0 1mm粒径减少 ,它们可能是氮、磷流失的载体 ;主要为细颗粒 ;(4)等高种植及植物带对控制径流污染 ,效果极为明显 ;其次为免耕 ,应杜绝坡耕 .由于氮、磷流失多以细颗粒为载体 ,应侧重减少细颗粒的流失 .

水源保护区农村公众生活污染支付意愿研究

采用环境保护意愿价值评估法(CVM),以北京市密云水库为例,考察了地表水饮用水源保护区农村公众改善生活环境愿望的强烈程度及环境偏好,从而为更有效地实施水源区环境保护和农村环境管理工作提供依据。调查表明,77.7%的农户愿意为改善村镇卫生环境、保护饮用水源支付一定的金额,农户的平均支付意愿是16.10元.户-1.a-1,环保态度和认知、受教育程度是影响该区域公众环保需求的首要因素,家庭收入也是影响支付意愿的显著因素。支付意愿的地域差异分析表明,地域因素中,生态村建设与支付意愿显著相关,但生态村农户支付意愿低于非生态村,距水库的距离与人均支付意愿间相关关系不显著。提高公众受教育程度及农户的家庭收入是增强水源地公众改善环境愿望和加强环境管理的首要措施。

利用掩膜主动轮廓模型提取水库水面面积

利用遥感数据以月度或更短时间周期对密云水库水面面积进行连续动态监测,对及时掌握水库的水资源动态变化十分重要。为了减少提取过程中的系统误差和人为误差,真实准确地反映水面的实际变化趋势,以密云水库水面面积提取为例,试验利用掩膜主动轮廓模型进行水库水面提取。基于2006-2008年多期北京一号小卫星32 m多光谱影像,利用掩膜主动轮廓模型从各时相图像中提取水库水面,并计算面积。利用人机交互解译法从6期同期获取的高分辨率影像上提取水库水面作为验证数据,验证多光谱影像上水面提取精度。结果表明,掩膜主动轮廓模型多期提取结果的平均精度为97.54%,与验证数据线性拟合的R2为0.896 1,表明该方法进行水库水面连续动态监测,水库面积提取结果具有较高的稳定性,不同时相间具有较高的可比性,能够准确地反映水库水面面积变化的趋势。该方法为水库水面面积提取方法的探索提出了一种新的思路。

水源保护区不同类型村庄生活垃圾产生特征分析

密云水库作为北京市重要的水源保护地,水质呈中等富营养状态,随着村镇经济发展和人口的增长,流域村镇生活垃圾已成为当前影响水库水质的不可忽略的污染源。选取研究区内普通自然村(简称普通村)、生态旅游村(简称旅游村)和镇政府所在村简称镇级村)3种类型村为研究对象,采用入户调查和采样分析的方法,对村镇生活垃圾组成、产生系数、产生特征及影响因素等进行了详细的研究。结果表明,研究区生活垃圾的主要成分为厨余垃圾、灰渣、塑料垃圾以及纸类垃圾,旅游村人均垃圾产生量最大,垃圾产生系数为12.3kg·人-1·月-1,镇级村为11.7kg·人-1·月-1,普通村最低,为8.7kg·人-1·月-1,垃圾在夏秋两季产量最高;不同村类型、不同季节对垃圾产生有影响;家庭人均收入与人均垃圾产量相关,旅游村家庭总收入与塑料、纸类垃圾呈明显相关。

密云水库水源保护区不同类型村庄生活污水排放特征

密云水库作为北京市重要的水源地，水质状态存在向中等富营养发展的趋势。由于流域村镇生活污水收集处理程度低，已成为影响密云水库水质的污染来源之一。本文选取水源保护区内普通自然村、生态旅游村和镇政府所在村3种典型村庄为研究对象，采用入户调查和采样分析的方法对村庄生活污水的产量、组成、排放系数及季节变化等特征进行研究。结果表明，不同类型村庄的污水的产量和结构不尽相同，旅游村的污水产量远远高于普通村和镇级村。厨余废水、洗浴废水和洗衣废水构成生活污水的主要部分，其中旅游村的污水主要来自养鱼废水。生活污水的产生具有季节性和时段性的特点，旅游村夏秋两季污水产量最高，约为冬春两季的2-4倍；普通村和镇级村夏季污水产量约为其他季节的2-3倍。旅游村的人均生活污水排放系数最高，为118 L·d^-1，是其他类型村人均生活污水排放系数的4-5倍，普通村最低。污水中的总磷（TP）、化学需氧量（COD）和氨氮（NH4^＋-N）指标均较高。COD含量与污水类型密切相关，与村庄类型无明显相关。

密云水库及增雨汇水区白河入库段水质变化趋势

2005—2009年在密云水库及人工增雨汇水区白河入库河段开展了水质监测和分析。结果表明:两监测点pH值年平均值差异很小,并表现出春季最高,冬季最低,夏秋季相对较低的时间变化特征;水库pH值年变化下降趋势较白河明显;分析水库蓄水量及降水量对水库pH值变化影响,5—9月随着降水量增大减小,10月至次年4月随蓄水量变化呈负相关;降水量对pH值年变化影响比蓄水量明显。所测的化学组分含量(K除外)水库均低于白河,其中Ca浓度含量最高,其次是SO42-,碱金属(Ca、Mg、Na、K)总浓度远大于阴离子(SO42-、Cl-、NO3-、F-);碱金属和阴离子月变化均是冬春季浓度值大于夏秋季,冬季值最高。水库阴离子年际变化趋势不明显,碱金属呈下降趋势。Ag年际变化呈上升态势,白河略高于水库。

密云水库水库区工程地质问题

北京密云水库水库区工程地质问题,主要包括:库区区域新构造及地震问题,水库诱发地震问题,水库渗漏,水库边岸再造,对公路及其它建筑物的影响问题,地下水浸没问题水库固体迳流物质来源及水土保持问题,水库环境地质问题。

水源保护区农村生活污染排放特征研究

[目的]考察农村生活污染的主要来源及其排放特征。[方法]以密云水库为例,通过调查与监测的方法,探讨了密云水库流域部分村庄生活污染的产生与排放特征。[结果]农村生活污水年均排放量为21.59 L,人均年排放量为0.29 kg。研究区农村用水浪费严重,垃圾收集处理率低,人粪尿虽大部分回收利用但流失量仍较高:生活污水污染物人均年排放总氮、总磷和化学需氧量分别为0.35、0.04和3.33 kg;人粪尿污染物直接向环境中的人均年流失总氮、总磷和化学需氧量分别为1.04、0.18和0.67 kg;生活垃圾中污染物潜在人均年流失总氮和总磷分别为1.69和0.58 kg。生活垃圾与人粪尿对环境有较大的潜在危害。[结论]该研究明确了生活污水、生活垃圾和人粪尿是农村生活污染的三大来源。

北京市密云水库上游土壤重金属污染调查评价

2002年9月在密云水库周边及上游地区(北京境内)总共采集土样98个,以《土壤环境质量标准》GB15168-95Ⅰ级标准为评价标准,对密云水库上游地区土壤重金属Cd、Pb、As、Hg、Cr、Cu、Ni、Zn的污染状况作了初步评价。研究结果发现密云水库周边及上游地区重金属污染以Cr和Hg为主,牤牛河上游为污染最严重地区,清水河上游、潮河下游放马峪地区、德田沟--崎峰茶地区受Cr元素轻度污染。该地区土壤重金属污染,主要原因是金属矿山不合理排放的尾砂及废矿石等人为因素所致。

水源地农村厕所与粪污处置调研

以北京市密云水库水源保护区为例,通过实地考察、访谈与问卷调查等方法,研究考察了当地农村厕所及人粪尿排污情况.研究表明:农村厕所以浅坑旱厕为主,占54.5%,73.2%的人有强烈的改造旱厕愿望;区内水冲厕的使用比例在增长,但“浪费水、粪量多”的问题随之出现;81.9%农户能做到粪便作为肥料回田使用;估算区内人粪尿污染物总排放负荷分别为:总氮3 545.4 t/a,总磷607.1 t/a,化学需氧量2 294.1 t/a.建议提高人粪尿的回田使用率,推广使用节水型的生态卫生旱厕,在村庄汇水出口采取工程或生物措施控制非点源污染是防治人粪尿污染的重要举措.

基于小流域产流特征的磷流失关键源区识别

以密云区石匣小流域为研究区,根据不同降雨类型,采用超渗产流机制的径流曲线模型(SCS-CN)和蓄满产流机制的变源曲线模型(CN-VSA)进行产流特征分析,并利用磷指数模型识别不同产流机制下石匣小流域的磷流失关键源区。结果表明:1)中雨量、高雨强的降雨类型导致的超渗产流机制,使流域的东部、南部土壤较为湿润的区域以及流域的东北部和西部的易产流的耕地区域产流量较高,产流量介于15~30 mm,产流面积约占整个流域面积的14.2%;北部林地区域产流量较低,产流量低于15 mm,产流面积约占整个流域面积的85.8%;2)低雨量、低雨强的降雨类型导致的蓄满产流机制,使流域几乎所有区域不出现产流,产流量低于15 mm的区域面积占比达99.9%;高雨量、中雨强降雨类型导致的蓄满产流机制,使水库及流域水系周围产流量最高,产流量高于30 mm,其区域面积占14.6%、产流量介于15~30 mm之间的区域面积占17.7%、产流量低于15 mm的区域面积占67.7%;3)该研究区土壤侵蚀程度较弱,部分地区产流量较高,存在较高产流风险;4)超渗产流机制下,石匣小流域南部有磷流失风险,约占1.4%的面积;蓄满产流机制下,石匣小流域南部及北部有磷流失风险,约占2.3%的面积,蓄满产流机制下的磷流失风险较大。总体来说,石匣小流域磷流失风险较低,研究区域的南部靠近密云水库附近的区域为磷流失关键源区,需重点治理。

南水北调来水后土壤污染物溶出对密云水库水质的影响

南水北调工程来水入密云水库使得库区水位大幅上升,库区周边大面积土壤将被永久淹没。本文基于密云水库水流条件和入库污染物的迁移扩散规律,构建了适合库区水流水质特征的平面二维水动力与水质模型,结合土壤浸泡溶出试验得出的土壤污染物释放规律,开展了南水北调来水后考虑新增淹没区土壤溶出和不考虑土壤溶出两种情景下的水质模拟,分析了南水北调工程来水后新增淹没区土壤TP、TN和CODMn溶出对库区水质的影响。模拟结果表明,在考虑最不利情景下,新增淹没区土壤释放对密云水库库区水质的影响范围小、程度低、持续时间短,对库区水质的影响非常微弱。

密云水库周边水土保持与水源保护探讨

根据密云水库周边自然地理特征和社会经济情况,特别是连续干旱导致水库水位急剧下降、水库周边形成大面积裸露地的现状,分析水库周边人口资源环境的突出矛盾和生态环境存在的主要问题,对密云水库周边水土保持和水源保护思路和措施进行了探索,提出生态建设总体思路和原则,和以库北库区裸露地治理与保护,入库口裸露河滩地治理与保护,以及小型分散点源污染治理为重点的具体措施,同时对加强水库周边的水土保持与水源保护提出政策及管理措施建议。

长时间序列1984年—2020年密云水库水面信息遥感监测与分析

密云水库在防洪、灌溉、发电、养殖、旅游、供应城市用水等方面产生了巨大效益,准确地完成水库制图并分析其特征时空变化对密云水库生态环境监测及管理具有重要意义。本文以密云水库为研究区域,收集了1984年—2020年所有的Landsat 5和Landsat 8遥感影像,利用水体的光谱、地形、时空特征,研究并解决了水库水体动态制图中的云、阴影、冰雪干扰,同物异谱及混合像元等难点问题,提出了一套自动化且高精度的水库水体动态制图算法,在无云无冰雪的情况下的总体精度高达98.2%,并引入了景观分裂度指数分析密云水库形态变化。基于制图结果发现水库水面面积变化可划分为5个时期:“增长期”(1984年—1993年)、“巅峰期”(1994年—1999年)、“衰落期”(2000年—2003年)、“保护期”(2004年—2014年)、“恢复期”(2015年—2020年),期间水库东、西两区经历了“三分三合”的过程,水库面积最大达到151.6 km^(2)(1995年),最小仅为57.3 km^(2)(2004年);每年的最大面积出现在8—9月份,最小面积出现在5月份。此外,还讨论了密云水库水面面积变化与城市建设、政策、降水等多种驱动力的联系,可为水库的监测和管理提供参考。

基于分类回归树的密云水库上游森林覆盖度遥感估算

森林覆盖度是描述森林生态状况的重要指标,也是气候、水文模型的重要输入参数。以多时相的HJ星CCD数据为主要数据源,利用分类回归树的方法对密云水库上游的森林覆盖度进行了遥感估算,通过基于高分航片提取的样本数据对估算结果进行了验证,并与传统回归模型进行了比较分析。结果表明:以HJ星及其他辅助数据为数据源,采用分类回归树的方法估测森林覆盖度可以达到较高的精度,拟合决定系数R2达到0.749,建模均方根及验证均方根误差分别为0.068和0.118,均明显优于传统回归模型,适用于大区域的森林覆盖度遥感估算。

密云水库水源保护区土壤六六六和滴滴涕的残留特征研究

以密云水库水源保护区为研究区域,对采集的223个表层土壤样品开展了有机氯农药残留浓度的测定,并对其污染特征、空间分布、影响因素、污染来源及生态风险进行了探讨.结果表明,研究区域内HCHs和DDTs的总量变化范围分别在ND-2.10ng/g和ND-526ng/g之间,γ-HCH、p,p’-DDE和p,p’-DDT的检出率较高.HCHs和DDTs在空间上的分布呈现带状和离散性分布特征,浓度极值出现在人口密集和农业发达的地区.土地利用方式和土壤理化性质均会对HCHs和DDTs的分布产生较大影响,其中耕地残留量最高,土壤p H值影响最大.HCHs和DDTs主要来源于早期残留、大气的干湿沉降及近期的农药输入等.与国内外其他类似区域表层土壤相比,密云水库保护区土壤有机氯农药处于中等偏低水平,区域内总体生态风险较小,个别点位可能存在潜在生态风险.