1990—2020年南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰动态响应机制

探讨南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰动态响应机制,对维护自由贸易港建设背景下流域生态保护和土地利用决策具有重要意义。基于1990、2000、2010和2020年土地利用覆盖数据,采用景观格局指数、移动窗口法、人为干扰指数、地学信息图谱和GIS空间分析等方法,揭示南渡江流域景观格局特征动态变化,进而探讨其与人为干扰之间的相互关系。结果表明,30年间南渡江流域呈现以林地和耕地景观为主体的交错景观格局,林地和耕地景观的总面积分别减少69.95和43.56 km^(2),建设用地景观面积增长62.45%。南渡江流域整体景观破碎化增加、景观斑块单一化加剧及景观多样性增加,人为干扰是海口市中心城市群景观格局变化剧烈的主要原因。轻微干扰区域占据最大的面积比例,中度和重度干扰次之;轻微和强烈干扰面积显著增加,中度和重度干扰面积显著下降;人为干扰的空间分布格局是由西南(自然景观)向东北(人文景观)逐渐增强。2000—2010年和2010—2020年轻微→轻度干扰和重度→轻微干扰图谱面积变化最显著,分别占据转移图谱总面积的26.79%和11.99%,低干扰等级向高干扰等级区域转移明显。1990—2020年所有干扰区域与最大斑块指数(LPI)呈现显著相关性。综上所述,南渡江流域整体人为干扰上升,尤其以海口市最为明显,城镇化进程是人为干扰上升的主要因素,需要加强流域生态环境治理与监测。

1991-2021年南渡江流域生态环境质量时空动态及影响因素探究

【目的】城市化建设的持续推进给南渡江流域生态带来的压力日益增加,但目前关于南渡江流域生态环境质量变化特征及不同环境因子变化对其影响情况仍未达成共识。基于综合指标评价南渡江流域生态环境及其驱动因子对维护南渡江流域经济发展—生态环境平衡的决策制定至关重要。【方法】采用耦合了区域绿度、湿度、干度和热度特征的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)探究了1991—2021年南渡江流域生态环境质量时空动态,并分析了不同环境因子、地形因子和土地利用变化对南渡江流域生态环境质量的影响情况。【结果】结果表明:(1)南渡江流域1991—2021年间生态环境质量均呈上升趋势,2005年为突变年,且上游增加最快,中游次之,下游最慢。1991—2005年和2012—2021年生态环境质量呈下降趋势的面积显著大于呈上升趋势的面积,2006—2011年两者面积相差不大。(2)未来一段时间内南渡江流域除儋州市和定安县部分区域生态环境质量以改善趋势为主,其它区域生态环境质量将以下降趋势为主。(3)2005年之前和2012年之后的RSEI变化主要由热度指数变化引起,但在2006—2011年间主要由热度指数和干度指数变化引起,绿度和湿度指标对其影响较小。(4)海拔对生态环境质量变化速率随地形因子变化无显著变化,但其变化的波动性随海拔和坡度的增加均呈增加趋势,且上游最敏感,中游次之,下游最后。【结论】南渡江流域在生态环境维持与治理方面政策的大方向是有效的,绝大部分区域生态环境质量都在提升,少部分地区略有降低,应有针对性地进行政策调整,改善生态环境质量。

南渡江流域降雨侵蚀力时空分布与变化趋势研究

降雨侵蚀力是表征降雨侵蚀强度的重要指标,对研究区域水土流失潜在风险以及土壤侵蚀模型预测具有重要意义。为分析南渡江流域降雨侵蚀力时空变化趋势,基于日降雨侵蚀力模型,利用流域及其周边13个气象站1971—2020年逐日降雨数据,采用Mann-Kendall非参数趋势/突变检验、小波分析和反距离加权插值等方法在不同时空尺度上对降雨侵蚀力进行研究,从而确定降雨侵蚀力的时间和空间变化趋势。结果表明,南渡江流域1971—2020年年均降雨侵蚀力范围为1184133~2369214 MJ·mm·hm-2·h-1,均值为1649767 MJ·mm·hm-2·h-1,年际变化整体呈现波动上升趋势,年降雨侵蚀力存在周期性变化,未发生显著性突变;降雨侵蚀力年内分布集中在7—9月,因此需加强期间水土流失防治工作。季节的年际变化除春季降雨侵蚀力呈现下降趋势外,夏季、秋季和冬季均呈上升趋势;降雨侵蚀力空间分布呈现从南向北逐渐降低的趋势,各气象站变异系数范围为024~043,由北向南逐步递减,具有较高的区域变异性;南渡江流域降雨侵蚀力与侵蚀性降雨量相关性最高,其后依次为海拔和纬度。研究成果可为南渡江流域及其典型侵蚀区水土保持和环境治理提供科学参考。

过鱼对象多维量化体系在南渡江流域的应用

过鱼对象的确定对于过鱼设施建设至关重要。量化评定过鱼对象优先保护次序,为南渡江过鱼设施建设、鱼类保护提供决策依据。基于过鱼设施建设目的及过坝鱼类的生境适宜能力,从过坝需求度、生境适应度、资源丰富度、物种效用度、物种濒危度和遗传损失度等6个维度,建立多指标量化的过鱼对象选择体系。采用主客观结合的组合权重,构建基于逼近理想排序法的过坝鱼类优先等级评定模型。以南渡江流域为实例进行初步分析,结合南渡江流域梯级建设,运用过鱼对象评定体系确定花鳗鲡、鲢、鳙等洄游性鱼类为首要过鱼对象,䱗、月鳢、鲇、海南长臀鮠为主要过鱼对象;乌塘鳢、红鳍原鲌、赤眼鳟、蒙古鲌为次要过鱼对象;鲮、倒刺鲃、马口鱼、纹唇鱼、唇䱻、翘嘴鲌、东方墨头鱼等鱼类为兼顾过鱼对象。本研究通过构建科学合理的多指标体系对南渡江流域过鱼设施过鱼对象优先保护次序进行量化,有助于指导过鱼设施效果评价,对过鱼设施建设具有一定参考价值。

南渡江流域暴雨洪涝致灾临界面雨量的确定

基于海南省南渡江流域龙塘水文站1976-1987年和2009-2010年的逐日气象水文资料,采用HBV-D水文模型,通过对模型参数率定和验证,确定了适合南渡江流域的HBV-D水文模型最优化参数。结果表明:该模型在1976-1981年率定期、1982-1987年验证期和2009-2010年验证期的Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.891,0.831,0.953,相关系数分别为0.944,0.912,0.977,达到了0.01显著性水平。通过建立的南渡江流域HBV-D水文模型进行模型反演,确定了不同前期水位(7 m,8 m,9 m,10 m,11 m)的面雨量和水位关系,根据龙塘水文站的警戒水位、10年重现期水位、30年重现期水位、50年重现期水位作为不同等级预警的临界判别条件,最终确定了不同前期水位的致灾临界面雨量指标。

海南省南渡江流域生态环境调查与保护对策

通过对南渡江流域内的水质、污染源和生态环境等方面进行详细的调查和监测,有针对性地提出流域管理和保护的对策建议,为南渡江流域的生态保护和综合治理提供基础数据。

基于系统动力学模型的南渡江流域水资源脆弱性评价

水资源安全影响区域社会经济的健康发展,全球气候变化与人类活动已对流域水资源安全造成巨大压力。建立水资源、水环境及社会经济系统动力学(SD)模型,以层次分析法构建水资源脆弱性评价指标体系与评价标准,设置常规、技术革新型、经济优先型以及综合发展4种模式,采用综合指数加权法对2010—2035年南渡江流域水资源脆弱性进行评价预测并探究水资源脆弱性成因及机理。结果表明:各产业生产用水、城乡用水、GDP增长率与流域水资源脆弱度呈正相关,污水处理率、三产/工业比例与其呈负相关;4种情景都经历中等、轻微和不脆弱3个阶段,整体脆弱度呈现下降趋势,且情景3、情景1、情景2、情景4下降幅度依次增加;情景3整体脆弱度最高,均值为43.81,情景4整体脆弱度最低,均值为33.48;综合发展模式最适合南渡江流域健康发展。

海南省南渡江流域水环境容量研究

通过对南渡江流域的污染源、水文参数调查和流域水环境质量监测,结合水环境功能区划的水质目标和产业发展战略,运用水质模型计算南渡江流域的化学需氧量和氨氮的环境容量,分析计算结果,提出目前需削减的污染物量,为水污染防治和产业发展提供技术参考。

区域生态足迹动态变化及其预测研究——以海南省南渡江流域为例

为了探讨南渡江流域历年的可持续性发展状况,利用生态足迹模型对流域2005年～2011年的人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态盈亏进行了计算和分析,并在此基础上预测了流域未来4年的变化情况。结果表明:南渡江流域人均生态足迹需求逐年增加,人均生态承载能力逐年降低,至2011年存在人均-0.137 822 hm2/cap的生态赤字;通过SPSS软件中的Holt线性趋势预测模型得到2015年人均生态足迹需求为1.500 149 hm2/cap、人均生态承载力为0.898 368 hm2/cap、人均生态赤字为0.601 78 hm2/cap;说明该区域自2011年后将处于不可持续性发展状态。

生态补偿机制实验带的创建路径初探——以海南南渡江流域为例

通过对南渡江流域的实地调查及河域检测,发现作为海南人民的母亲河——南渡江河域近年来由于地方偏重追逐GDP经济效益目标,使得南渡江及其河域生态环境遭受了极大的破坏。该文从课题项目的现状、现状缘由分析等入手,明确提出了淡水河域生态补偿机制实验带创建的路径,以实现经济、社会、生态良性循环互动,以此来真正实现生态海南的绿色崛起。

基于SWAT模型的南渡江流域土地利用/覆被变化的径流响应

为了探究热带岛屿性流域土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)的水文效应,以海南岛典型热带岛屿性流域南渡江流域为研究区,构建本地化SWAT模型,模拟流域水文过程及其对LUCC的响应,揭示流域径流的变化规律,对比不同土地利用类型的水文过程及调蓄能力,探讨了典型热带岛屿性流域LUCC的径流效应。结果表明:SWAT模型在南渡江流域的适用性良好,径流模拟对植被蒸散发、产生径流的坡面状况、土壤状况和地下水过程较敏感。不同土地利用类型对流域的产流贡献顺序为耕地>其他林地>橡胶林地;耕地产流能力最强,其他林地和橡胶林地具有一定的截流蓄水作用。综上所述,与1990年相比,2015年南渡江流域河流径流量减少,流域LUCC导致的地表径流减少是河流径流量减少的直接原因,而蒸散发加剧是地表径流减少的主要原因。

南渡江农业土壤中农药分布特征与生态风险评估

为摸清稻菜轮作土壤中农药(CUPs)残留特征与生态风险,采集海南岛南渡江流域稻菜轮作系统168个土壤样品,利用Qu ECh ERS-超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测土壤中25种CUPs残留水平,结合土壤因子与作物类型分析CUPs残留关键影响因素,以风险熵法评估其生态风险。结果表明,∑25 CUPs处于0.30μg·kg^(-1)—11.625 mg·kg^(-1)之间,吡虫啉、多菌灵检出率与质量分数最高;∑25CUPs呈现辣椒(Capsicumannuum L.)>大白菜(Brassicapekinensis L.)>豆角(Vigna unguiculata L.)>线瓜(Luffaacutangula L.)>水稻(Oryza sativa L.)>未种植趋势,CUPs残留种类与含量随作物类型显著不同。主成分分析显示,多菌灵、吡虫啉为主要杀菌剂与杀虫剂种类;冗余分析结果显示有机质、黑炭与其中多菌灵、甲基硫菌灵正相关,而土壤总氮、总磷、p H与CUPs残留量与种类相关性不高。从单一和联合风险熵(RQ)看,多菌灵、吡虫啉与甲基硫菌灵呈高生态风险,其高风险作物种类、采样期和区域为辣椒、7月及中游区域,而其他CUPs的RQ均小于1,无高生态风险。土壤中总CUPs、杀菌剂与杀虫剂的RQ均大于1,CUPs多残留生态风险不可忽略。研究结果可为今后稻菜轮作土壤农药污染监测与风险识别提供科学依据。

南渡江流域枯水流量概率特征及成因与影响研究

选用6种概率分布函数对南渡江流域龙塘和三滩水文站最小连续7日平均流量(极值流量)进行分析。结果表明,皮尔逊Ⅲ概率分布函数在南渡江流域拟合效果最优;龙塘站极值流量在1985年发生变异,三滩站在1997年发生变异,变异后的流量总体均比变异前大,流域2003年后极值流量存在下降趋势,枯水发生频率有所增加;1985年后,降水量增多、水利工程和植被覆盖率增加使得龙塘站枯水流量迅速上升,2003年后枯水径流的下降主要与降水相关;三滩站在1997年变异前枯水流量的变化主要和降雨有关,流域内森林覆盖率的增加和降水量的上升是造成三滩枯水流量1997年上升的重要原因。

南渡江流域旱限水位的确定

旱限水位的确定应遵循科学、简便、实用的原则,要结合当地实际,充分调研用水需求及供水任务,科学合理地确定指标。以南渡江流域松涛水库、龙塘水文站为例,通过调研其用水需要和供水任务,分析计算多年来水情况和用水指标,科学合理地确定了其旱限水位,为水库供水调度方案的制定,南渡江流域的抗旱指挥调度和水资源调度提供科学依据和技术支撑。