黑河流域土地利用与覆被变化特征

在土地类型划分的基础上, 利用黑河流域1987年和2000年两期TM遥感数据, 从土地利用与覆被变化幅度、变化速率及动态度等角度, 定量分析了流域上、中、下游及全流域总体土地利用与覆被变化的特征并进行了对比.结果表明: 在变化幅度上, 全流域各类土地利用与覆被变化均十分强烈, 中游地区最为显著, 综合土地利用与覆被变化指数达到7.6%, 耕地、城镇建设用地、水域和草地等是全流域变化最为剧烈的利用类型; 在变化速度方面, 流域上游地区的耕地、城镇居民用地和沙漠化土地年平均递增速度最高, 中游地区明显小于上游和下游地区, 但沙漠化除外, 为全流域水平的4.7倍, 下游耕地、城镇用地、水域面积和其它难利用土地变化较快, 说明上、下游生态系统极不稳定, 变化剧烈. 对中游动态度的分析表明, 耕地、城镇居民用地和较难利用土地较稳定, 其它土地类型的利用与覆被动态变化都很活跃, 说明中游地区土地利用与覆被变化复杂而强烈, 具有变化的多向性和互动性, 从而为流域合理调整土地利用方式和环境改善提供了一定的科学依据.     

2000-2013年甘肃敦煌市土地利用变化及其驱动因素分析

将2000、2005、2010和2013年的土地利用类型数据与GIS技术结合,获取了甘肃省敦煌市近年来土地利用类型动态变化特征,并结合该地区的2000年以来社会经济和自然环境的资料,分析土地利用类型变化的驱动因素.结果表明：在2000-2013年期间,敦煌市城市化发展迅速,耕地、建设用地和水域面积明显增加,2000-2013年的14建分别增长了10.0%、42.2%和2.5%;草地和未利用土地面积呈减少趋势,分别减少了2.1%和0.1%;林地、沙地变化程度较小. 7种土地利用类型之间相互转换,主要的转移方向为草地、未利用土地向耕地转移,未利用土地向建设用地和水域转变.对影响土地利用变化的而主要驱动因素进行主成分分析,结果显示经济发展、国家政策等人类活动为主要的影响因素,自然因素为辅.     

吉林省西部地表蒸散与土地利用/覆盖变化关系

地表蒸散作为地表水分平衡和能量平衡的重要组成部分,是土地利用/覆盖变化的一个关键驱动因素。地表蒸散量的大小影响土地利用变化过程;反过来,土地覆盖类型又控制地表蒸散量的大小。为了弄清它们之间的相互作用关系,揭示地表蒸散在生态环境变迁中的作用,基于地表能量平衡理论,计算了研究区1986、1996和2000年的蒸散量,并与对应年份的不同土地类型数据进行了叠加分析。结果表明,从1986年到2000年,研究区草地、沙地和盐碱地的蒸散量都在变大,其中以沙地蒸散量增长最快,草地次之,盐碱地增长最小,为土地类型向盐碱地和沙地转化提供了有利条件,在一定程度上说明了地表蒸散加剧了研究区生态环境恶化。     

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明：在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。     

近30年西北内陆荒漠资源大区土地利用驱动下生态系统碳储量时空变化

依据1990—2020年遥感影像、高程模型、植被、气象等数据,通过定量计算与定性分析相结合的区划分析,获取西北内陆荒漠资源大区的自然资源综合区划。根据西北内陆荒漠资源大区气候因子对全国水平下不同土地类型的碳密度进行修正,获取西部干旱区碳密度数据,利用InVEST模型,分析1990—2020年土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：(1)近30 a来该研究区以草地退化为主,耕地和荒漠是草地主要转出的类型,其中2010—2020年土地利用类型变化显著;(2)研究区碳储量呈现西多东少的空间分布,其中西部阿尔泰山与塔城盆地温带草原亚区和伊犁盆地温带草原亚区由于草地面积较丰富而碳储量较高;(3)1990—2020年西北内陆荒漠资源大区的碳储量总体呈波动下降趋势,土地利用类型的转化引起碳储量净减少1.86×108 t,其中2000年和2020年研究区大量草地转化为荒漠,使土壤碳储量明显下降,固碳潜力有所下降。本次对西北内陆荒漠资源大区土地利用对生态系统碳储量时空变化的评估,有助于判断生态系统功能的转化趋势,为生态系统调控和促进该地区低碳可持续发展提供参考。     

基于多时相遥感的北京门头沟土地利用及矿山环境变化

利用先分类后比较和图像差值法(NDVI波段) 2种不同的遥感信息提取技术,分别提取北京门头沟全区和典型矿区环境变化信息,辅助使用Google Earth高精度数据对土地类型进行解译,并使用土地利用动态图、土地利用转移矩阵及土地利用变化率分析了9年内的土地利用变化信息和矿山环境变化情况。研究成果对北京的环境治理有一定参考价值。     

日照市土地利用变化对生态环境的影响

日照是生物多样性的地区,生态环境较好,但近年来,随着工业化、城市化的发展,土地利用结构与布局发生了较大变化,土地生态环境总体上也在不断恶化。该文通过分析日照市不同土地利用类型的变化,探讨其对生态环境的影响,对日照市土地利用结构与布局调整具有指导意义。     

土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响

为研究海河流域径流对土地利用变化的响应,以阜平流域、匡门口流域和界河铺流域为研究区,利用1970—2011年的水文气象资料,分析了不同土地利用的时空转移特征,然后结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,设置4种土地利用情景,评价了土地利用变化对径流的影响。结果表明:模型能够较好地模拟全年及汛期月流量过程;多年径流量呈下降趋势,20世纪80年代到90年代中期呈波动性变化;不同的土地利用类型在时空上的转化呈现可逆性,主要是林地增加,草地减少,耕地略有增加;林地的增加和草地的减少会降低汛期径流量以及最大月径流量;汛期径流系数随着林地面积的增加而减小。合理地规划土地利用格局,对控制流域水文事件具有重要意义。     

近50a阿克苏河流域土地利用/覆被变化过程

针对干旱区跨境河流域土地利用/覆被变化(LUCC)研究薄弱、无法满足环境变化评价的问题,选择西天山跨越吉尔吉斯斯坦国和中国的阿克苏河流域为研究区,在遥感和GIS的支持下,获取了近50a阿克苏河流域土地利用/覆被数据,并利用数理统计模型,对该流域LUCC的过程、趋势及土地利用程度变化进行系统分析.结果表明:阿克苏河流域土地变化从前期(1960-1990年)的准平衡状态转变为后期(1990-2008年)的不平衡状态,土地类型也呈现出从双向转换向单向转换过渡,且不同类型差异较大;流域后期LUCC的速度是前期的2.1倍,其中耕地和建设用地增加最快而沼泽地和盐碱地减少最快,草地变化速度最小.流域土地利用处于发展时期,且流域下游绿洲区域土地利用程度综合指数及其变化较大.政策调整、人类活动增强、气候变化以及径流变化是LUCC的主要驱动因子.     

大同盆地地下水流场、水化学场变化特征

通过对大同盆地开展水文地质环境调查和采取测试盆地浅层和中深层地下水样,进一步分析研究了大同盆地地下水流场现状和水化学场现状,在研究前人资料结果的基础上,对比分析了盆地地下水流场的变化,不同地区地下水位下降情况及水化学场的变化特征.认为盆地西部水位下降较东部多,南北较中部水位下降速率快:盆地补给、径流区的地下水位下降幅度较大,排泄区较小,地下水位下降幅度与本区地下水开采量基本成正比:浅层孔隙水化学类型较中深层孔隙水多,TDS相应较高.水化学场的分带性与水动力条件相吻合,浅层孔隙水化学类型较中深层孔隙水复杂.和1989年对比,大同盆地浅层地下水水化学类型及其水平分带性总体改变不大,局部略有变化,中深层孔隙水局部由于过度开采和人为污染,水质变差.     

西安地区含水系统释水压密效应及微结构变化

西安地区诱发地面沉降地裂缝灾害最主要的因素是过量开采地下水。承压水地下水头下降引起的含水层骨架有效应力增加,粘性土释水压密一方面造成了地面沉降地裂缝灾害;另一方面引起含水层孔隙率、储水系数、渗透系数等水文地质参数的变化。笔者选取西安地裂缝最活跃的F4号地裂缝两侧钻孔岩心进行了压密CT扫描,获取了300m以浅地层粘性土在不同压力(水头下降幅度)条件下的空隙大小的微结构变化,并建立了渗透系数与微结构变化耦合关系。结果显示:在地下水开采引起的土层应力增加过程中,大孔隙度、长孔隙度会随着压力增加而明显降低,地裂缝上盘和下盘含水层大孔隙分别降低了39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙间运移,中小孔隙度基本保持不变或略有上升;渗透系数随压力的增加呈现出减小趋势,最大下降幅度为71.08%,且随深度增加含水层渗透系数减小幅度逐渐降低。研究结果对于科学评价和预测西安地区地面沉降地裂缝地质灾害具有指导意义。     

西安市地下水与地面沉降地裂缝耦合关系及风险防控技术

西安市地面沉降地裂缝发育,世界罕见,一直是该领域研究的热点地区。近年来又出现新的发展趋势,严重制约城市发展和威胁地铁等重大工程安全运营。笔者依据254个地下水动态监测资料,总结了西安地下水资源开发历史与地下水头动态变化规律,耦合分析了地面沉降地裂缝与地下水位下降之间的关系,提出了基于地下水头管理的地面沉降地裂缝风险防控技术。结果显示:西安市地面沉降地裂缝是多种因素综合作用的结果,其发生和发展过程及其严重程度均与地下水头下降密不可分,并受黏性土层厚度的影响;空间上地下水头降落漏斗中心与地面沉降中心基本吻合,时间上地面沉降发育时间滞后地下水头降落2-3年,沉降速率是地下水头每下降1m的累计最大地面沉降量50mm;地下水头回升会引起短时和少量地面回弹量,并能够缓解或遏制地面沉降。挖掘历史地下水头与地面沉降地裂缝监测数据,建立了基于地下水头的地面沉降地裂缝预警阈值和风险防控技术。     

关中盆地城市群地质遗迹特征及可持续开发利用

地质遗迹已成为经济区和城市群规划发展、宜居城市建设、生态文明、乡村振兴、脱贫攻坚以及地质文化村建设中不可或缺的因素。通过关中盆地城市群地质遗迹专项调查,共发现地质遗迹点429处,其中具有价值的地质遗迹146处;整体上类型多样、内涵独特,以地层剖面、古生物化石、地质地貌、水体景观等为主;空间分布范围广泛,空间结构类型呈现凝聚型不均匀分布,新构造活动与地貌、水系、第四纪沉积、温泉、地震和地质灾害的空间分布及其变化具有良好的一致性。根据资源赋存属性、地质遗迹完整性及交通便捷性等原则,将地质遗迹区域划分为3个地质遗迹景观带、10个地质遗迹景观亚带、22个地质遗迹景观区。针对经济区和城市群、宜居城市、生态文明、乡村振兴建设与地质遗迹开发利用及保护中存在的问题,应建设一批国省地质公园、研学基地、旅游度假区、旅游风景道、特色小镇以及地质文化村,形成多层次、多样化的开发利用和保护路径。     

山区城镇地质灾害调查与风险评价方法及实践

山区城镇化、新农村建设、乡村振兴和脱贫攻坚大都面临着地质灾害的威胁,开展大比例尺地质灾害调查和风险评价,从源头控制地质灾害风险具有重要的战略意义。笔者在试点调查与评价的基础上,提出了一套山区城镇地质灾害调查与风险评价的思路和技术方法。山区城镇地质灾害调查与风险评价按照目的和比例尺精度的不同可分为3个层次:①区域远程地质灾害调查与风险评价,评价山区城镇遭受远程地质灾害的可能性,比例尺为1∶50 000。②城区地质灾害调查与风险评价,调查山区城镇周边区域每个斜坡和沟谷,评价其变形失稳的可能性及危害程度,比例尺为1∶10 000。③场地地质灾害调查与风险评价,评价重大工程建设、旅游景点等重要场地周边斜坡和沟谷变形破坏的可能性及危害程度,比例尺为1∶5 000~1∶2 000。对每个层次地质灾害调查与风险评价的内容、方法和过程进行了阐述,并以陕南秦巴山区和陕北黄土高原区典型山区城镇为研究区,建立了山区城镇地质灾害调查与风险评价应用示范。     

毛乌素沙地风沙滩区降水入渗响应研究

为研究毛乌素沙地地下水浅埋区降水入渗补给滞后响应时间,确定补给滞后的影响因素,为该地水文生态保护与地下水资源评价提供科学依据,以陕北毛乌素沙地风沙滩区为研究区,基于原位试验数据和相关分析法,分析土壤含水率和地下水位对降水入渗的响应机制,运用土壤水均衡分析探讨降水入渗响应与各影响因素的关系式。结果表明,小雨型降水土壤含水率响应深度为0~10cm,中雨型为10~90cm,大雨型与暴雨型均>90cm。最大响应深度z与降水量P显著线性相关。在地下水位一定的前提下,随着前期累计降水增大,当前降水入渗响应深度也增大,前期累计降水对当前降水入渗的影响时段在144 h以内。雨后土壤水分与地下水补给均存在滞后。入渗响应滞后时间与土壤深度呈正比,与降水强度和土壤初始导水率的差成反比。     

中国地质环境脆弱性评价

中国地质环境具有先天脆弱性,空间分布存在巨大差异,对于区域生产力布局、工程建设、国土空间开发等社会经济诸多方面具有很大的影响。本研究基于ArcGIS平台,采用层次分析法构建包含地质构造、地表形态、组成物质三大类9个一级指标的地质环境脆弱性评价指标体系;将地壳稳定性、断裂带分布、海拔高度等9个脆弱性指标图层进行线性变换归一化处理,得到各指标标准值图层;运用因子相关分析法,分析9个脆弱性指标间相关性;应用主成分分析法,将相关性显著重复的要素删去,重新组合成一组新的互相无关的综合脆弱性要素;以主成分要素对应的方差贡献率作为权重,应用综合指数模型,完成地质环境脆弱性综合评价;在区位理论及空间统计的支持下进行进行分区,将全国划分为微度、轻微度、轻度、中度、重度和极度等6类脆弱区;综合分析中国地质环境脆弱性分布的空间特征及区域差异。研究结果表明,总体脆弱是中国地质环境的突出特征,中度至极度脆弱区面积约占中国全国土地面积的1/3,这是中国国土空间开发所面临的自然基础条件;中国区域地质环境脆弱程度呈现西北高东南低、西南高东北低且镶嵌式分布的总体空间格局,大致以贺兰山-六盘山-邛崃山-乌蒙山一线为界,此线以西地区地质环境脆弱程度高,此线以东地区地质环境脆弱程度低。     

资源环境承载力评价理论方法与实践

资源环境承载力评价是国土空间规划和三区三线划定的基础,评价理论与方法越来越受到各界的关注,但尚未形成完备的理论框架。本研究引入短板理论、风险理论和边际理论,构建资源环境承载力评价的理论框架与技术方法,并以陕北黄土高原绥德县为研究区开展实证研究。基于短板理论,识别区域重大资源环境问题,遴选1~3个制约性因素;基于边际理论,以资源开发利用利润最大化或无利润作为资源承载力评价标准,开展资源承载力评价;基于风险理论,以人类活动带来的环境问题或灾害引发的生命和财产风险的容许标准作为环境承载力评价标准,开展环境承载力评价;基于单因素承载力评价结果,开展综合承载力评价,评价结果为安全承载、容许超载或不可接受超载;将综合承载力评价结果与区域国土空间开发现状或规划结果做叠加分析,划定区域发展三区三线。通过对绥德县资源环境承载力评价,结果表明,该理论框架与技术方法简便易推广,评价结果可信,可以为国土空间优化、科学划定"三条红线"提供支撑。     

基于综合物探的城市地下空间探测与建模

地下空间开发利用是解决城市诟病的有效途径,城市强干扰环境下地下空间精准探测已成为多学科交叉研究的热点,也是当前研究的难点。以大西安西咸新区为研究区,采用钻孔揭露、实验测试、多参数地球物理测井、地面地球物理勘探组合方法开展了地下空间精准探测与建模研究。通过综合地球物理勘探,获取了每层土体的多参数地球物理特征。结合钻孔揭露与实验测试资料,建立了基于钻孔资料的地面物探与测井校准与耦合,为地下空间地质结构模型赋予了物理属性。提出高密度电法、微动台阵观测和浅层地震勘探与多参数地球物理测井方法相结合,可作为城市强干扰环境下地下空间物探工作的最优方法组合。     

基于人工智能(AI)的地质灾害防控体系建设

近年来,人工智能(AI)技术得到快速发展,并日益融入到经济社会各个领域,成为当代创新发展的新标志,智能防灾减灾将成为未来发展的趋势和研究的热点。在回顾AI发展现状与趋势的基础上,系统梳理出以往地质灾害风险防控的数据依据和传统技术方法,分析了可能采用的潜在AI方法,初步搭建了基于AI的地质灾害风险防控体系建设方案。研究表明,AI技术为地质灾害风险防控提供了新的技术途径,但目前尚无可照搬或可移植的成熟技术或解决方案。智能防灾减灾体系包括早期识别、风险评估、风险防控等3个主要环节,其中最重要的环节是早期识别,传统方法与AI技术融合的关键参数为斜坡失稳概率或泥石流发生概率;根据所依据的数据资料将早期识别方法归纳为图像识别、形变识别、位移识别、内因识别、诱因识别和综合识别等6种方法;提出了从数据层、方法层和应用层3个层次构建基于大数据智能混合优化的地质灾害风险防控平台。认为数据驱动的智能模型与理论驱动的物理模型融合是地质灾害风险防控发展的趋势。     

关中盆地城市群地下文物遗迹精准探测——以茂陵为例

关中盆地是华夏文明重要发祥地,拥有厚重的历史文化底蕴,留下灿烂的地下历史文化遗迹,但因其隐藏于地下,观赏性不强,制约着具有世界影响力的历史文化旅游品牌的打造。以举世闻名的茂陵为探测区,采用无人机航测、地面调查、高密度电法、地质雷达、高精度磁测及微重力等地面无损探测技术,对帝陵进行了精准探测,发现茂陵地宫位于封土堆之下距水平面约30~40m深,呈东西长约100m,南北宽约60m的矩形体;地宫基本完整,未坍塌;探测出南墓道、东墓道和北墓道的位置和深度与考古钻探探测出的结果基本一致。在此基础上利用3D Max软件平台等,可虚拟再现汉武帝茂陵辉煌规模及地宫形态。向游客展现汉武帝茂陵地宫的结构、景观以及时代与地域背景,将大幅度提升旅游产品品质。