甬江流域氮素收支估算及驱动因素分析

近年来,大量农业氮肥施用、化石燃料使用等人为活动的扰动增加了生态系统的氮输入,导致河流硝酸盐超标、湖库与近岸海域富营养化和土壤酸化等环境问题。长江口-杭州湾是我国近岸海域劣四类水质分布的主要区域,甬江作为汇入杭州湾的重要河流之一,近年来其入海断面总氮浓度和氮通量反弹明显,开展甬江流域的氮收支估算是开展流域氮污染治理与管控、改善近岸海域水质的重要前提。本文利用2021年甬江流域的基本统计数据和相关参数对该区域氮的收支进行估算,阐明了氮收支的主要驱动因素及其对环境的影响。结果表明:2021年甬江流域氮输入量为5.1×10^(4 )t;氮盈余量高达2.17×10^(4) t,占氮输入量的42.56%;流域氮负荷[172.56 kg/(hm^(2)·a)]和陆地氮通量[105.8 kg/(hm^(2)·a)]均高于全国平均水平。氮输入源主要包括人畜排泄、化学氮肥、大气沉降,占比依次为39.11%、26.33%、20.91%;氮输出中,有48%被作物收获带走,有26.98%通过反硝化、氮挥发进入大气,有21.47%以径流的形式进入水环境;从空间分布上,鄞州、镇海等地区面临较为严峻的氮污染潜势。冗余分析(RDA)显示,人口密度、人口数量、农作物种植面积、畜禽数量以及与人类活动有关的工业企业总产值、城镇化程度和GDP是甬江流域氮盈余、氮负荷以及陆地氮通量的主要驱动因素。鉴于甬江流域显著的氮盈余状况,建议采用氮素源头减排治理管控措施以消除氮素盈余对甬江流域氮平衡造成的负面影响。甬江流域氮收支平衡估算可为合理制定氮污染治理管控措施,科学调控流域氮收支和改善近岸海域水环境质量提供科学依据和支撑。

甬江流域鄞州平原区极端洪水对暴雨的响应特征

为深刻揭示变化环境下甬江流域鄞州平原区雨洪关系特征,以姜山水文站为例,基于1962—2021年逐日降水和水位观测资料,利用分位数扰动法和极端降雨水位时变相关模型,从扰动过程和时变关系两个方面,探讨了水位对极端暴雨的响应特征演变趋势。结果表明:近60年姜山水文站年最大1、3 d降水量和年最大水位均呈显著上升趋势,变化倾向率分别为8.39 mm/10 a、12.66 mm/10 a和0.67 m/10 a;年最大1、3 d降水量和最大水位均呈现相似的阶段性扰动特征,即1960—1984年以负扰动为主,1985—2012年扰动强度较为平稳,2013—2021年为显著扰动;在选用的12个模型中,Time-varing Normal、Time-varing Rotated Gumbel、Timevaring Symmetrized Joe-Clayton等3个动态时变响应模型能更好地拟合极端洪水对暴雨的响应。总体上,年最大水位对年最大3 d降水量的响应以1990s—2000s为高值期,呈现先升后降的阶段性特征。研究结果可以加深城镇化对雨洪关系影响机制的认知,也可供区域洪涝灾害预警和预测参考。

甬江流域氮磷营养盐时空分布特征及与土地利用类型关系

为全面、详细了解土地利用类型对甬江流域氮磷营养盐的影响,分析了不同水期氮磷营养盐的时空分布特征,并研究土地利用类型面积占比与氮磷营养盐的关系。结果表明:(1)甬江流域氮污染水平较重,磷污染水平较轻,氮营养盐浓度表现为枯水期高于丰水期,而磷营养盐浓度丰水期高于枯水期。(2)建设用地面积占比与溶解态总氮(DTN)、总磷(TP)有正相关关系,林地面积占比与硝酸盐氮、TP、DTN有负相关关系。(3)建议根据不同河段的土地利用类型面积占比差异考虑不同防治策略,姚江及甬江干流流域应增加绿化用地面积,加强对建设用地点源废水排污控制;奉化江流域应加强化肥农药控制,实施“林地+”模式。

韧性城市视角下的甬江流域数字孪生平台建设

针对甬江流域水灾害防御需求,结合韧性城市理论,以防洪减灾预报、预警、预演、预案的“四预”体系为导向,实现甬江流域数字孪生平台建设。利用数字孪生引擎的强大渲染能力,建立全要素的数字孪生流域时空底座,以水文水动力模型、空间计算技术等为重要基础支撑,围绕综合监测、洪涝预报、洪涝预演、综合调度、协同预案等业务需求构建孪生场景。应用实践表明:该平台成功抵御甬江流域超标准洪水,对未来防洪工程体系优化具有启示意义,对其他流域防洪减灾、城市内涝治理工作具有一定的借鉴意义。

浙东甬江流域乡村湿地景观生态旅游开发研究

本文以浙东甬江流域为研究区,对流域内乡村湿地异质景观的形成背景进行分析,从自然景观系和人文景观系层面构建乡村湿地景观分类系统,并在景观生态旅游开发态势分析(SWOT)基础上,提出了浙东甬江流域乡村湿地景观生态旅游开发策略。

甬江流域“三江”干流沿江闸泵流量监测系统现状分析及思考

闸泵排水是影响甬江流域“三江”干流防洪管控、水生态环境保护的重要因素,闸泵流量监测为下游河道进行泄洪、调度、生态调水等决策提供了重要基础数据。本文基于感潮河段闸泵群流量监测系统建设管理实践的主要问题,提出了构建流量监测系统的三点思考,旨在提高监测系统在规划、建设和运行等环节的科学性,把握流量实时监测技术的发展方向,为后续河网数字孪生感知系统建设、闸泵工程运行监测提供参考。

水污染控制规划的GIS辅助技术研究

以宁波市甬江流域为例,以GIS技术辅助流域水污染控制规划,在ARCGIS9.0的环境中,完成了流域水系概化、水质评价,并利用GIS的叠置技术,建立功能区划水域-入河排污口-陆上汇流区的对应关系。根据水环境功能区的水质目标,通过建立污染源-水环境质量的输入响应关系,然后利用GIS技术对甬江流域数字高程模型(DEM)进行数字地形分析,得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图,构筑了水污染控制单元,作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。最后利用GIS的可视化表达进行辅助决策,确定各水环境功能区的水环境容量,结合排污状况(包括工业、农业、生活)的分析,得出流域水污染控制的总量控制方案和对策措施。甬江流域水污染控制规划的实践表明,在规划过程中,GIS作为一个必不可少的工具渗透在每一个环节中,为数据管理、空间图形表达和空间决策分析提供有效的工作平台和可靠的技术支持。

甬江流域河网水利计算模型研究及应用

针对平原感潮河网的水文和水力学特性,结合甬江流域实际,建立了平原河网水利计算混合模型,采用Preissmann四点隐式格式,合理选定权重系数,并运用河网最优节点编码法的3级解法进行求解;利用2000年桑美台风暴雨洪水对模型进行验证计算,结果表明模型是可靠适用的。考虑不同重现期暴雨和潮位的组合情况,采用研究建立的河网水利计算模型对规划防洪工程全面实施后甬江流域河网节点水位进行了合理计算。

基于汇水单元的甬江流域水污染物排放总量控制研究

本研究以宁波市甬江流域为例,以G IS技术辅助流域水污染控制规划,根据水环境功能区的水质目标,通过建立污染源-水环境质量的输入响应关系,对甬江流域数字高程模型(DEM)进行数字地形分析,得到甬江流域的模拟河网和流域汇水图,构筑了水污染控制单元,作为水环境容量核定和总量分配的基本工作区域。并在此基础上探讨了甬江流域的主要水污染物化学需养量(COD)总量控制分配原则,提出了排污许可量核定定量程序,为甬江流域实施排污许可证制度提供科学依据。

流域末端河网地区城市内涝特点及总体防治思路研究

针对宁波市地理位置和气候特点,分析了甬江流域现行防洪系统和城区排水系统格局之间的关系和相互影响,以及内河水网在这两个系统中的不同作用,得出了宁波地区城市内涝的主要形成原因,并以宁波市鄞西地区为例,提出了在位于流域下游的平原河网地区进行城市内涝防治的基本思路,为城市的排水防涝综合规划编制和实施提供决策支持。

基于InVEST模型的甬江流域水源供给功能时空变化特征

甬江流域是浙江七大水系之一,研究其流域水源供给生态系统服务对于加快浙东地区生态文明建设、促进区域高质量发展具有重要意义。基于甬江流域三期土地利用、气象、土壤等数据,估算了流域不同时期的水源供给能力及分析了产水量的地形梯度效应。结果表明:甬江流域土地利用类型以农田、林地为主,建设用地趋于大幅扩张,其他地类面积趋于缩减。土地利用类型间转换剧烈;流域年平均产水总量约为3.069×10^(8)m^(3),产水量呈下降趋势。甬江流域产水量以中上游产水量较高,如姚江、鄞江和剡溪江流域,且农田、林地对流域产水量贡献度较高;甬江流域地形位指数集中分布在第1等级,且产水量地形梯度效应较为显著。

东南沿海土地利用转型的生态服务价值研究--以甬江流域为例

[目的]通过分析流域的土地利用变化对流域内各个自然过程生态服务价值的影响,为流域土地资源的合理利用和流域生态安全保护提供科学依据。[方法]基于土地利用转型变化,分析1980-2015年人类活动影响下的甬江流域土地利用变化及其生态服务价值变化。[结果]①甬江流域土地利用变化以耕地的减少与建设用地的增加为主要特点,且土地利用程度不断上升。土地利用类型之间发生复杂的相互转化,转移面积最大的是耕地转向建设用地。②35 a间,甬江流域土地综合利用动态度为0.42%。建设用地土地利用单一动态度最大,耕地面积减小幅度最大。③甬江流域生态服务在时间层面上,总价值先增大后减小,在1995年之前不断增加,但在之后不断减少。④在空间层面上总体呈现出由西南向东北逐渐变低的趋势。[结论]甬江流域土地利用转型剧烈,土地利用的快速变化加剧了生态系统功能退化。

基于Copula函数的甬江流域雨潮遭遇组合分析

雨潮遭遇组合分析和组合方式的选取是沿海地区防洪治涝规划的重要内容之一。以甬江流域为例,在考虑尾部相关性的基础上,采用Gumbel Copula函数构建流域暴雨和河口潮位的联合概率分布,分析不同暴雨潮位组合下的同现风险率、条件风险率和组合风险率,并基于条件最可能组合原理,计算给定设计暴雨条件下潮位的条件最可能值和置信区间。结果表明,当甬江流域发生10、20、50、100年一遇暴雨时,相应镇海站最可能发生4、8、21、43年一遇潮位。

甬江流域奉化江上游大型水库群防洪联合调度研究

研究了甬江流域奉化江上游4座大型水库的防洪错峰联合调度问题,在现有单库防洪补偿调度规则的基础上,以提升奉化江干流两岸防洪排涝效益为目标,对水库防洪调度的主要因素进行分析,合理运用奉化江上游4座大型水库的水文补偿和库容补偿能力,提出了各水库的错峰泄洪上限水位,研究制定了水库群防洪错峰联合调度规则,并对其防洪效果进行分析。研究成果为甬江流域洪水调度方案提供了技术支撑,对其他类似流域水库群的防洪联合调度研究提供参考。

河网水动力模型在防洪排涝工程建设作用评价中的应用

甬江流域地处浙江省东部,在2013年"菲特"台风严重受灾后,宁波市推进一系列干流防洪工程和平原排涝工程建设。为科学评价防洪排涝工程建设的作用,建立河网水动力模型,对工程建设前后重要平原的防洪排涝能力进行对比分析。结果表明,工程建设一定程度上提高了甬江流域整体的防洪排涝能力。

1956-2010年甬江流域降水变化特性分析

近几十年气候变化加剧了一些地区的水资源时空分布不均匀性，使水灾害事件呈突发、频发、并发、重发趋势。本文选取中国东南沿海的甬江流域为研究对象，基于近55年日过程降雨资料（1956-2010年），采用集中度分析和Mann-Kendall（MK）趋势检验等统计学方法，分析甬江流域降水的变化特性。结果显示，甬江流域20世纪80年代后，年降水集中度呈现显著（置信水平95％）的下降趋势，汛期降水量占年降水量比重减少，其中5月份降水量比重下降最为明显；而非汛期降水量占年降水量比重增加，1月份降水量比重增加最为明显；50-100mm／d级别的暴雨总量稳定且有增加趋势。总体上，甬江流域降水年内分布呈现坦化趋势，不同量级暴雨变化趋势有利于洪水资源化，因此结合合理的工程措施可以有效地增加该区域的水资源可利用量。

基于遥感生态指数的甬江流域生态环境变化分析

生态环境是人类生存发展的物质基础,城市化进程不断加快带来一系列生态环境问题,遥感技术可以快速、定量地评价生态环境变化。选取2000、2009、2017年Landsat遥感影像提取湿度、绿度、干度、热度4个评价指标,通过主成分分析方法计算遥感生态指数RSEI(Remote Sensing Ecological Index),对17年间甬江流域进行生态环境变化定量分析和动态监测评价。结果表明:(1)2000~2017年间甬江流域生态环境质量整体上呈下降趋势,2000、2009和2017年的RSEI均值分别为0.724、0.651和0.687,17年来下降了5.11%。(2)2000~2009年甬江流域生态逐步恶化,而2009~2017年生态环境质量有所改善;明显变差的面积为1392.49 km^(2),约占29.63%,明显好转的面积仅为699.1 km^(2),仅占14.88%,呈现老城区变好,城市外围地带变差,林地、农田等保持稳定的特点。(3)在4个指标中,绿度指标的影响力较大,受建筑因素作用的热度指标影响力最具潜力,说明生态环境质量下降与不透水面的增加以及绿地景观的消减有关。