Study on the Forest Vegetation and Its Water and Soil Conservation Value in Fuxian Lake Drainage Area in Yunnan Province

By using French SPOT5 satellite remote sensing image to contrast on the spot,the forest vegetation in Fuxian Lake basin was categorized into 23 forest types,6 vegetation subtypes,5 vegetation types,and the areas were respectively calculated.The tree species structure and the coverage degree of every kind of forest vegetation were investigated,and the characteristics of forest vegetation were analyzed.The results showed that the soil conservation amount of forest in Fuxian Lake basin was 137.50×106 t/a,and the soil conservation value was 622.30×106 yuan/a.Moreover,the water source conservation value was 506.84×106 yuan/a.

InVEST模型水源涵养模块实地应用的可行性验证

以浙江省杭州市临安区水涛庄水库集水区为研究对象,在研究区2015年森林类型勘测分析的基础上,基于水量平衡法、综合蓄水法和InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)模型对研究区水源涵养功能进行评价,并分别用总量数据和样点数据对InVEST模型水源涵养模块在研究区的可行性进行验证。结果表明:根据森林主林层优势树种可将研究区的森林可分为11个类型。基于出入库水量监测数据计算可知研究区2015年总水源涵养量为2 738.31×10~4m^3,基于综合蓄水法计算可知研究区2015年森林水源涵养量为3 498.86×10~4m^3。基于InVEST模型计算可知研究区2015年总水源涵养量为3 193.90×10~4m^3,模拟值精度达83.36%;森林水源涵养量为3 189.73×10~4m^3,模拟精度为91.27%;各林型水源涵养量精度为89.86%。以基于综合蓄水法计算的样点水源涵养量为基准,对InVEST模型的各样点模拟值进行回归验证, R2为0.635 4,模型精度为74.15%。由此可知,利用InVEST模型对研究区水源涵养进行测算是可行的,具有较高的推广价值。

应用InVEST模型对水库集水区水源涵养功能优化方案

基于InVEST模型在对浙江省临安市水涛庄水库集水区水源涵养功能分析的基础上,利用研究区内水源涵养能力较好的林型替换较差的林型,在综合对比各类替换模式后,进而提出提升研究区森林水源涵养功能的优化方案。结果表明:研究区森林水源涵养总量为3 189.39×10~4m^3,研究区森林平均水源涵养深度为594.82 mm(水源涵养功能可表现为水源涵养深度)。研究区内各林型中针阔混交林的水源涵养深度最大,为902.79 mm。不同森林类型在不同坡度级上的平均涵养深度均随坡度的增加而减小,在平坡(0°<α≤5°,α为坡度)上均达到最大;影响研究区水源涵养功能的最主要因素是下垫面特征和气候,其中下垫面特征中的土壤饱和导水率的影响最大,且土壤饱和导水率会随着植被的改善和群落的演替而提高。经优化模拟比较,在保证研究区油茶(Camellia oleifera)、毛竹(Phyllostachys heterocycla var.pubescens)等经济林正常经营的基础上,将研究区16°<α≤35°坡度级上除针阔混交林和阔叶林以外的森林类型全部替换成针阔混交林,森林水源涵养功能可提升41.07%。

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。

基于SOFM与随机森林的大别山区水土保持空间管控分区

水土保持是国家生态文明建设的重要内容,水土保持空间管控分区是水土流失区域科学治理的前提与关键。然而,目前水土保持管控区域划分研究还未形成成熟的空间划定方法,且以小流域为单元的水土保持空间管控研究较少。为探索水土保持空间管控分区的方法,落实差别化保护治理措施,该研究利用通用土壤流失方程(universal soil loss equation,USLE)计算研究区潜在土壤侵蚀模数与实际土壤侵蚀模数,并通过随机森林确定了土壤侵蚀的主要影响因子,基于小流域单元的土壤侵蚀及其影响因子利用自组织映射神经网络(self-organizing feature map,SOFM)确定了大别山区的水土保持空间管控分区。结果显示:1)大别山区的平均潜在土壤侵蚀为84 415.7 t/(km^(2)·a),平均实际土壤侵蚀为210.25 t/(km^(2)·a)。小流域的实际土壤侵蚀主要分布于0~300 t/(km^(2)·a),小流域尺度上潜在土壤侵蚀与实际土壤侵蚀空间分布格局基本一致,高值区主要分布于研究区中部与东部海拔较高的山区腹地;2)植被覆盖度、坡度分别为小流域尺度上潜在土壤侵蚀与实际土壤侵蚀的主要影响因子,植被覆盖度、坡度与土壤侵蚀呈显著正相关(P<0.01)。高植被覆盖区主要分布于林地占比较高的大别山区腹地,坡度较大的区域沿大别山山脊线自西向东分布。3)SOFM结果显示,小流域尺度上的大别山水土保持空间管控区域划分为重点预防区、一般预防区与其他区域,其中重点预防区涉及小流域710个,面积15 287.4 km^(2)。一般预防区共890个小流域,面积18 874.4 km^(2)。两个预防区面积共占研究区61.2%。各区域间的实际土壤侵蚀、潜在土壤侵蚀与坡度差异明显,可作为大别山水土保持空间管控各区域的主要划分指标。研究结果为水土保持空间管控分区提供了思路,为分区域进行水土保持空间管控提供了理论支持与决策依据。

水利水电库区漂浮污物智能化综合治理技术进展

开展水利水电库区漂浮污物智能化综合治理技术研究和应用是至关重要。笔者团队经过多年的研究攻关,探索出了一套“估漂—拦漂—清漂—用漂”一体化智能化综合治理技术。研究结合水文、气象大数据信息及库区环境状况,对水面漂浮污物的来量提前进行预判;分析了行业内拦漂技术的痛点和难点,研发了适应水流速度大、水位变幅高、防翻转、防沉没的拦漂系统,实现了不同工况下水面漂浮污物的高效拦截;采用多传感系统与人工智能相融合的新一代信息技术,攻克了水面漂浮污物强识别、防误判的关键技术,研制了水面漂浮污物智能识别、自动打捞的高效清污机器人系列产品;开发了将漂浮污物快速制成有机肥、生物质燃料的资源化利用设备,解决了水面漂浮污物上岸后无害化处理的难题。相关研究突破了水面漂浮污物智能化治理的多项关键技术,从漂浮污物来量估计、高效拦截、智能打捞、无害化处理及循环利用多个方向全面开展研究工作,构建了水面漂浮污物一体化的综合解决方案,为水利水电工程的安全运行起到了积极作用。

农村供水工程中生物慢滤净水工艺数字孪生实践

在新形势下,国家大力推进数字孪生技术在农村供水工程管理中的应用。我国西南丘陵山区农民居住较为分散,水源多样,生物慢滤技术因其构造简单、对水质适应性强而被广泛应用,但在日常运行过程中存在维护不及时、无法准确判断出水是否达标等问题,对供水安全构成威胁。生物慢滤技术实施数字孪生建设,通过在关键节点安装监控设备,监测供水过程的浊度、滤速和水质等参数,监测数据由无线遥感终端汇集至数据分析系统,对超出阈值的实时数据发出报警,通知管水员实地检查。三峡库区秭归县水田坝乡工程实践结果表明,农村供水工程进行智慧化改造能够改变人工现地管理传统方式,减轻了管水员的工作压力,供水水质得到保障。从实践的效果来看,生物慢滤净水工艺数字孪生是农村供水工程智慧化供水的一次有益尝试。

岩溶库区不同植被类型土壤碳、氮及其组分特征-以贵阳市花溪水库为例

在贵阳市花溪水库附近选择3种植被类型(草地、灌丛、竹林)作为研究对象,探究3种植被类型下不同土层中土壤碳、氮含量及其不同活性组分的特征。结果表明:植被对碳、氮及其组分(除铵态氮外)影响显著,随植被类型变化(草地→灌丛→竹林)有机碳及其各活性组分含量逐渐增加,A层>B层;竹林中有机碳含量为36.16 g·kg^(-1)、29.68 g·kg^(-1),明显高于草地中的20.48 g·kg^(-1)、18.24 g·kg^(-1);草地中微生物碳含量仅占竹林的54%及49%,水溶性碳在有机碳中的比例最小(0.04%~0.11%),其次是微生物量碳;微生物量氮所占比例最少,仅占全氮中的0.02%~0.20%,随植被变化(草地→灌丛→竹林)微生物量氮含量逐渐增加,硝态氮含量逐渐降低,铵态氮的含量远高于硝态氮的含量,微生物量氮与碱解氮的含量随土层加深含量降低,全氮含量增加。土壤的C/N在8.49~21.52之间,在A层中表现为草地<灌丛<竹林,A层>B层。因此,植被类型对岩溶地区的土壤质量及附近水域均会产生影响,在岩溶水源涵养区,竹林及灌丛更有利于保持水土及附近水域的水质,草地不适合作为岩溶地区生态修复的植被类型。

三峡库区灰岩浸泡损伤-孔隙水压耦合模型研究

【目的】自2003年开始蓄水以来,三峡库区水库地震的数量达到上万次,对比蓄水前后的地震数据变化可以看出,库水浸泡作用明显改变了水库地震区域灰岩的力学特性。为了研究长期库水浸泡作用对库区灰岩力学特性的影响,【方法】针对库区蓄水环境,开展了不同浸泡时长和不同孔隙水压对灰岩三轴压缩强度的影响试验,以及浸泡作用下灰岩孔隙率变化的电镜扫描分析。【结果】试验结果显示:在浸泡作用和三轴试验中考虑不同孔隙水压时,灰岩的三轴抗压强度呈现出短期浸泡时的强度增强现象,与一些水岩相互作用理论存在差异。基于这些差异,从宏观力学特性和微观结构的角度分析了灰岩损伤发展规律,提出了灰岩浸泡损伤-孔隙水压耦合模型,估算了在试验条件下使溶孔产生破裂的孔隙压力临界值,按照静水压力取孔隙压力值为地下5.6 km处,与三峡库区高桥断裂区域的水库地震震源深度较为吻合。【结论】水库地震区域灰岩的损伤并非单一的浸泡损伤,是耦合了孔隙率演变、孔隙压力变化、孔隙水形态演化等一系列复杂现象的破坏失效过程。研究成果可为水利工程中诱发地震的机理研究提供一定的理论参考价值。

阔叶混交林与杉木萌芽林的净生产力及水源涵养能力比较

[目的]分析福建省泉州市山美水库库区9年生阔叶混交林及杉木萌芽林的净生产力和水源涵养功能,为其水源涵养林的改造提供参考。[方法]设置标准样地,调查山美水库库区9年生闽粤栲×台湾相思×火力楠阔叶混交林及杉木萌芽林林分生长量、生物量及年净生产力,并测定生态系统各组分水源涵养能力。[结果]阔叶混交林乔木层生物量、年净生产力以及地上部分总生物量、最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高22.44%、14.73%、18.01%、18.21%和17.45%。阔叶混交林的土壤持水指标优于杉木萌芽林,其中0~40 cm土层土壤的最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高17.21%和19.85%。阔叶混交林林分最大持水量和排水能力分别比杉木萌芽林显著提高17.23%和19.80%。[结论]闽粤栲×台湾相思×火力楠阔叶混交林可有效提升林分净生产力和水源涵养功能,该混交模式可在水源涵养林改造提升工程中推广应用。

张掖市人工林区域水源涵养能力与覆盖面积空间差异动态模拟分析

为明确张掖市人工林水源涵养能力和生态恢复效果,对张掖市人工林区域水源涵养能力计量及其空间差异动态进行模拟分析。采集当地水源涵养能力影响因素数据,计算水源涵养量,划分水源涵养能力等级。借助ArcGIS软件模拟分析空间差异动态,模拟得出张掖市2017—2021年的水源涵养能力空间分布特征。结果表明,2017年张掖市东部靠边缘区域水源涵养能力等级非常高,西北角和东部中间区域等级较高,等级一般区域主要分布在水源涵养能力等级较高地区的周边,等级较低区域主要分布在西部、东北部、中部以及南部等地区,等级非常低区域主要分布在南部区域。2018年水源涵养能力等级非常高区域覆盖面积存在零散扩大分布特征,等级较高区域覆盖面积向西南方向扩大且西北角与东部中间区域连通,其余等级覆盖面积则相应减少。2019—2020年水源涵养能力非常高、较高地区所占面积进一步扩大,其余等级覆盖面积则相应继续减少。2021年,具有非常高、较高水源涵养能力等级面积已覆盖当地人工林大部分区域并已延伸至西南部边缘,其余等级区域所占面积则继续缩小。研究表明,张掖市人工林区域具有提高水源涵养和生态恢复能力,据此提出提高灌木和草地种植量,在含水量较高区域种植经济林和针叶林等种植策略。

白盆珠水库水源涵养林改造设计

为在兼顾景观功能的基础上增强库区水源涵养能力,有效控制水土流失,保护和改善水库区域的生态环境,可通过一系列的生物措施,采取必要的林相改造。阐述了白盆珠水库水源涵养林改造设计基本原则和具体目标,在坚持生态功能优先的原则上,从项目分区、林地改造、树种选择和苗木种植等方面提出具体的林相改造措施,以期为此类项目的设计提供参考依据。

“双碳”背景下的库区滨江空间绿色发展路径研究——以重庆小南海水利枢纽库区为例

为促进经济社会绿色转型、实现可持续发展,以及应对城市愈发频繁的极端天气,文章深入分析了长江流域小南海水利枢纽库区(以下简称库区)建设中的一系列问题,提出了相应的库区滨江空间格局优化策略和库区绿色产业发展路径。在“双碳”背景下,研究结果可以为充分发挥水利工程建设带来的多元效益提供思路与参考。

黄前库区森林土壤蓄水能力研究

对黄前库区森林主要类型刺槐林和油松林土壤涵蓄降水作用的研究结果表明:森林土壤的渗透性能以刺槐林地最好,阳坡油松林次之,阴坡油松林最差;森林土壤恢复持水,即连续涵蓄降水的能力较强,2h恢复的持水量可相当于20.5～33.2mm的降水;3种森林类型的地表径流量和土壤侵蚀量均表现为阳坡油松林最大,阴坡油松林次之,阳坡刺槐林最小;降雨量越大,地下径流出现的时间越早,高峰期出现的时间越晚;同样降雨量情况下,3种森林类型地下径流和高峰期出现时间均表现为阴坡油松林最晚,阳坡刺槐林次之,阳坡油松林最早。

三峡库区生态系统服务功能重要性评价

在RS与GIS技术支持下,选择研究区比较重要的生物多样性保护、土壤保持、水源涵养和营养物质保持四个生态系统服务功能,建立生态系统服务功能重要性评价模型与方法,对三峡库区重庆段生态系统服务功能进行综合研究,定量揭示了研究区生态系统服务功能重要性程度及其空间分布规律。结果表明:(1)生物多样性保护高度重要以上地区的面积比达到了15%以上;极重要地区主要呈斑块状分布在东北部、中部和东南部。(2)土壤保持极重要区占据绝对优势地位,面积比为68.80%;土壤保持极重要区主要分布在万州及其东北部地区。(3)水源涵养一般重要区面积最大,其次为极重要地区;极重要区沿江河呈带状分布,高度重要区主要分布在极重要区两侧沿江河呈环带状分布。(4)营养物质保持一般重要区面积最大;其次是极重要区;极重要区基本呈条带形分布在植被覆盖较好的山脉及江河两侧。(5)生态系统服务功能极重要和高度重要区的面积占到了研究区总面积的近50%;极重要区基本沿主要江河两侧第一层分水岭和西部平行岭谷区的山脊呈条带形分布;高度重要区基本分布在极重要区两侧层环带形分布,少部分零散分布。

黄土地区森林植被水土保持作用研究

选取黄土地区不同森林植被１）类型的两组４个试验流域为研究对象，通过６年（１９８８～１９９３）近７０场暴雨洪水的实地观测，对次暴雨（是指一场降雨从开始到终止这一时段）产沙量同森林植被的关系进行了定量分析，提出了含森林覆被率的５因子次暴雨产沙模型，进而对森林植被的水土保持效益进行了分析。木家岭小流域和庙沟小流域相比，无林流域的产沙量比森林流域高３３．４倍，森林的拦沙效益达到９６．８０％；木家岭流域和庙沟流域相比，少林流域比多林流域产沙量高４．３倍，森林的相对拦沙效益可达７５．５３％。同时通过黄土地区森林植被减沙作用的分析，提出了森林植被的拦沙量计算公式，据此可以求得不同降雨条件下，对比流域森林植被的拦沙量。

嘉陵江上游低山暴雨区不同水土保持林结构模式水源涵养效益研究

水土保持林的水源涵养效益是研究森林防止水土流失的一个热点问题。以20世纪80年代末期营造和自然恢复的湿地松林、桤柏混交林、刺槐(灌木)林 、刺槐林 和桤木林为研究对象,选择林冠截留、土壤容重、土壤孔隙度、土壤贮水能力、土壤渗透性和枯落物持水性,作为研究不同水土保持林结构模式水源涵养效益的指标,对不同水土保持林的水源涵养机理和水源涵养效益进行了较深入的研究。结果表明,各水土保持林的水源涵养能力均明显高于农耕地;不同水土保持林结构模式的水源涵养效益也有较大差异。最后提出了桤柏混交林、湿地松林、桤木林等优良水土保持林结构模式,为当地的生态环境建设,特别是当前正在进行的退耕还林工程的模式选择提供了依据。

北京密云水库流域水源保护林区径流空间尺度效应的研究

通过 1 0 a的森林水文定位观测 ,对比研究了北京密云水库流域水源保护林和对照荒坡地径流在坡面尺度 (约 0 .9hm2 )和小流域尺度 (约 2 .7hm2 )上的空间尺度效应。结果表明 ,荒坡地和水源保护林地的径流系数在坡面和试验流域尺度上与降雨量呈显著的对数相关关系 ;在坡面尺度和小流域尺度 ,荒坡地径流系数都显著地大于水源保护林地 ;而且随着降雨量级的增大 ,荒地与水源保护林地的径流系数之差在小流域尺度比坡面尺度更大 ;随着研究尺度从坡面到小流域的扩展 ,荒地径流系数显著增大 ,而水源保护林地的径流系数变化微小。这一尺度效应说明水源保护林对水文过程具有较大的调蓄能力 ,表现为较强的水源涵养作用。

丹江口库区龙口林场水源涵养林林分质量评价

在对丹江口库区龙口林场水源涵养林不同林分类型调查的基础上,综合考虑林分结构、立地条件和演替更新潜力等因素,运用层次分析法对影响林分质量的10个指标进行了权重评价和排序,结合调查数据计算出不同林分质量等级综合数值。结果表明:(1)林分结构对林分质量影响最重要,郁闭度、林分密度、土壤厚度和枯落物厚度等指标成为影响林分质量的关键因素,而幼苗数量对林分质量贡献较少。(2)丹江口库区龙口林场水源涵养林不同林分质量大部分处于中等和较差质量等级,进行林分改造提升林分质量和生态防护功能的空间较大。(3)采用层次分析法进行水源涵养林林分质量评价结果与实际相吻合,可以客观地反映研究区林分质量的发展状况。

密云水库上游水源保护林水土保持效益的定量研究

该文对大面积水源保护林的水源涵养与防止土壤侵蚀效益进行了研究，并找到了一种切实可行的定量评价方法，利用该方法对密云水库上游密云县境内１３．１１万ｈｍ２水源保护林的水源涵养与防止土壤侵蚀效益进行了定量评价．结果表明：水源保护林具有较强的水源涵养能力和防止土壤侵蚀能力．与无林荒地相比，在５０年一遇场暴雨情况下，有林地可使地表径流量减少３８．８％，土壤侵蚀量减少５３．８％，年土壤侵蚀量减少８３．３％．