2000-2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化及其驱动因素分析

植被是陆地生态系统的重要构成,研究植被变化规律及影响因素有助于加强区域植被生态保护和可持续发展。基于SPOT NDVI和气象数据,采用趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法对2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI时空变化特征及其驱动因素进行了分析。结果表明:(1) 2000—2019年黄河流域陕西段植被NDVI总体以0.008 6/a的速率呈极显著增加趋势,不同地域NDVI增速为陕北(0.010 9/a)>关中(0.005 3/a),不同土地利用类型NDVI增速为草地(0.011/a)>耕地(0.008 1/a)>林地(0.007 8/a)。(2)植被NDVI呈增加趋势的面积占比为86.19%,其中显著增加的面积比例为81.90%,陕北(91.87%)>关中(66.91%),林地(97.48%)>草地(90.38%)>耕地(69.78%)。(3)偏相关分析发现90.24%的区域植被NDVI与年降水量以正相关关系为主,66.3%的区域植被NDVI与年均温呈正相关关系。(4)研究区植被NDVI变化受到气候变化、人类活动以及二者共同作用的影响,占比分别为5.65%,73.11%,21.24%,人类活动面积占比陕北(79.88%)>关中(55.49%),草地(85.2%)>耕地(73%)>林地(59.67%)。总体上,2000—2019年黄河流域陕西段植被活动明显增强,降水相比温度对研究区植被影响更大,人类活动是研究区植被变化的主要驱动力,这为研究区生态建设和植被恢复提供了重要参考。

水循环模拟与水资源配置云模型服务平台构建与应用

水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,并以渭河流域陕西段为例,构建渭河流域陕西段水循环模拟与水资源多目标配置云模型服务平台,模拟分析研究区水循环演变规律,开展规划水平年水资源多目标优化配置研究。结果表明:1)状头以上率定期和验证期的相对误差分别为−4.32%和−1.62%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.80和0.82,林家村—咸阳率定期和验证期的相对误差分别为−4.96%和−1.71%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.79和0.81,云模型服务平台的水循环模型较好地刻画了径流变化过程;2)调用云模型服务平台的水资源配置模型,利用遗传算法(NSGA)-Ⅲ、群体多属性决策模型筛选出渭河流域水资源合理配置方案,2025年需水量63.35亿m^(3),供水量为58.30亿m^(3),缺水5.05亿m^(3),缺水率为7.97%。研究成果可为渭河流域智慧水利建设、水资源精细化配置提供技术参考和借鉴。

景观格局变化下陕西汉江流域生态价值与风险的相关性研究

陕西汉江流域是“南水北调”中线工程的主要水源地,属于国家重点生态功能区。研究流域内景观格局的时空变化特征、生态系统服务价值和景观生态风险的相关性,对保持流域内生态系统稳定性、保障流域生态安全具有指导意义。基于2000年、2005年、2010年、2015年、2020年陕西汉江流域5期土地利用数据,采用景观格局指数计算、生态系统服务价值评估、景观生态风险评估等方法,研究景观格局变化下生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变机制及空间相关关系。结果表明:(1)2000—2020年,流域内景观格局斑块破碎程度降低、异质性和连通性减弱、多样性增加,各地类景观向复杂化方向发展;(2)研究时域内,研究区ESV总体增加5.23亿元,气候调节价值最高,占比41.70%,以较低和中等价值等级为主,占比约61.62%;(3)研究时域内,研究区ESR整体呈小幅减少趋势,降幅1.40%,以较低和中等生态风险等级为主,占比约61.55%;(4)陕西汉江流域生态系统服务价值与生态风险之间存在显著负向空间相关性。景观格局变化使陕西汉江流域生态系统服务功能升高,生态风险降低,两者空间自相关性减弱。

陕南汉江流域生态补偿的定量标准化初探

分析生态补偿理论及生态补偿标准的理论基础,探讨生态建设区的总成本计算方法,根据上游水资源特点与水资源保护的投入,建立了陕南汉江流域受益区对上游地区生态建设与保护总成本补偿计算模型,提出直接成本及间接成本的计算方法,并对修正因素中的水量分摊系数、水质修正系数和效益修正系数的赋值方法进行了说明。最后,以汉江流域生态补偿服务区补偿标准的计算为例,得出受益区年补偿额为71.13亿元。结果表明,该模型对生态补偿标准的制定有一定的参考价值。

南水北调中线陕西水源区水环境容量预测研究

目的针对南水北调中线水源区目前现状,对水环境容量进行科学预测。方法采用灰色系统预测模型、一维水质预测模型和水环境容量预测模型对南水北调中线水源区汉、丹江流域陕西段水环境容量进行预测。结果预测结果显示随着经济等各行业的发展,水源区汉、丹江流域陕西段的水环境容量在逐年减少。结论加强水污染治理、污染物排放控制和生态环境的保护势在必行。

汉江流域陕西段非点源污染特征解析

基于收集的汉江流域陕西段27个气象站点的逐日降雨数据、安康站水量水质数据及2017年流域内各区县统计年鉴数据,利用小波分析法、径流分割法、输出系数法及等标污染负荷法等方法分析降雨周期及空间分布、非点源污染负荷通量量化及农业源污染物负荷空间分布特性三方面内容。结果表明:1)研究区域降雨量有27 a的主周期,降雨量和降雨强度空间分布趋势不一致,但高值中心均位于镇巴县;2)汉江干流安康段2011—2017年的水文频率在5%~97%之间,非点源污染物TN、TP、COD、NH 3-N通量的多年均值分别为:4260.1 t、351.8 t、8.67万t和1987.6 t,其占比在41.4%~86.7%之间;3)等标污染负荷空间分布有较强的一致性,TN污染主要来源是农业用地,TP、NH 3-N污染主要来源是畜禽养殖,COD污染主要来源是农村生活。未来汉江流域陕西段非点源污染治理应根据各区县污染源情况制定因地制宜的方案,最大程度地减轻源头污染。

基于断面控制的汉江流域水资源模拟配置

以汉江流域最严格水资源管理为背景,基于重要的控制断面(包括重要城市断面、省界断面、生态控制断面和水利工程断面),将汉江流域划分为28个子区,并对汉江流域水资源系统进行概化,进而建立了汉江流域水资源配置模拟模型,探讨引汉济渭工程、南水北调中线工程、引江济汉工程对汉江流域水资源配置的影响。

汉江流域(陕西段)水生态承载力评估

为缓解汉江上游支流污染严重、生态环境质量差、潜在威胁多等问题,实现对国家南水北调中线工程重要水源区的保护,提出了基于"驱动力-压力-状态-影响-响应"框架模型的汉江流域(陕西段)水生态指标体系及权重,构建了可用于汉江流域水生态承载力的系统动力学模型。基于系统动力学和隶属度相结合的方法量化评估汉江流域(陕西段)水生态承载力,根据社会发展和技术水平设计7种调控方案研究汉江流域(陕西段)水生态承载力对方案的响应程度。研究结果表明:现状发展条件下汉江流域(陕西段)处于弱可承载状态,方案7实施后汉江流域(陕西段)水生态承载了将显著提高,达到基本可承载状态。

基于时空演变的渭河流域陕西段生态服务价值及区间补偿关系研究

[目的]对渭河流域陕西段生态服务价值及区间补偿关系进行研究,为促进区域生态经济协同发展及生态环境建设提供理论指导。[方法]基于渭河流域陕西段土地利用数据,通过土地利用动态度、当量因子法和重心模型法对生态系统服务价值(ESV)及其空间分布和时空演变情况进行研究,并结合优先级进行补偿关系分析。[结果]①在退耕还林工程和城市化快速推进的影响下,空间数量上耕地的减少与建设用地的增加比较明显,其中建设用地单一动态度达到了5.94%,表现最为活跃;演变程度上草地、水体和其他用地更加剧烈。②渭河流域陕西段ESV从562.07亿元减少为516.21亿元,下降幅度超过8%,其中水资源供给和水文调节等功能服务价值降低,林地的增加使气候调节和土壤保持等功能服务价值上升;空间分布上ESV呈现“中间低四周高”的格局;建设用地重心迁移和标准差椭圆体现出其具有东北方向移动趋势且区域范围持续扩大。[结论]周至县和太白县为优先受偿区,蓝田县、陇县和凤县为次级受偿区,应及时获得补偿来保证生态质量;雁塔区等11个地区为补偿区,应提供补偿资金来以维持整体生态建设。

1971-2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析

基于1971-2018年汉江流域陕西段27个气象站点的逐日降水数据,选择了年降水量、降水强度、最大日降水量、年降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数分析其降水时空特征,分析方法包括线性估计法、小波分析法、滑动均值法、IDW空间插值法及Mann-Kendall检验法。结果表明:在研究时段内,汉江流域陕西段降水强度有缓慢增加趋势,其余5个降水指数均呈缓慢减小趋势,且6个降水指数的变化趋势均不显著;研究区域仅年降水日数无突变点,且在1995年后呈现显著减小趋势,其余降水指数均有突变点;年降水量有7 a的副周期和27 a左右的主周期,主周期有3个循环交替,且丰、枯交替突变点在1983和2000年。汛期降水量与年降水量周期基本一致,而非汛期有4和16 a两个副周期和1个28 a的主周期;年降水量空间分布呈现由北到南逐渐增大的趋势,除了年降水日数的高值中心在宁强县外,其余5个降水指数的高值中心均在镇巴县,而低值中心除了降水强度在太白县外其余的均在商县。在研究时段内各年代际降水指数的比较中,1971-2018年的年降水量、降水强度和年降水日数均仅次于最大值,预计未来极端降水事件可能更加频繁,严重的情况下会影响水生态、水环境、水安全等的健康发展。

渭河流域陕西段城镇污水处理厂提标改造状况调查与问题分析

在渭河流域陕西段60家城镇污水处理厂现场调查与资料收集基础上,通过对13家污水处理厂年达标率的计算与分析,最后认为在提标改造中应将重点放在SS与TP的去除2个方面。此外,还对该区域现有污水处理工艺提标改造措施(低碳源、低SS达标率、低温以及强化脱氮除磷的采取措施)进行了归纳总结与深入分析。针对调研发现问题,提出了相应建议。

黄河流域陕西段重要生态系统保护策略

基于黄河流域陕西段重要生态系统现状提出其保护策略思路,以“一带”、“三屏”、“三区”的总体布局,打造黄河流域陕西段重要生态系统绿色屏障,并重点阐述其主要内容、范围、规模及主攻方向,主要任务包括生态保护、生态修复、生态富民、生态服务、生态安全等内容,其重点工程有退耕还林还草工程、林草资源保护工程、重点防护林工程、乡村绿化美化工程、绿色廊道工程、湿地保护修复工程等,构建山水林田湖草一体化建设新格局。