基于生态系统服务的黄河三角洲生态风险评估研究

生态安全与人类福祉密切相关,因此量化区域生态风险能够有效地对高风险地区进行防范,同时更利于区域可持续发展。本文通过InVEST模型测算黄河三角洲区域1990年、2000年、2010年、2020年生态系统碳存储、生境质量和土壤保持3种生态系统服务的物理量,根据测算结果构建生态风险评估模型,在此基础上对黄河三角洲生态风险进行时空格局演变特征分析。结果表明:1)黄河三角洲区域生态系统服务整体弱化,在建设用地、水域等区域最为明显。2)1990—2020年黄河三角洲区域碳存储整体呈现内陆高沿海低的空间格局,生境质量空间波动范围增大,土壤保持能力降低。3)黄河三角洲区域生态风险有上升趋势。沿海水域及建设用地区域受风险概率较大,而林草地等植被覆盖区域生态风险低。研究结果可为黄河流域生态保护和高质量发展提供决策支持与参考。     

基于GF-1 WFV影像的黄河口湿地植被盖度估测及分析

植被盖度是植被生长状况的重要定量指标,而目前开展的植被盖度遥感估测工作主要集中在陆地区域,对河口湿地植被盖度遥感估测工作比较少见。本文基于国产GF-1 WFV遥感影像开展了黄河口湿地植被盖度估算,并结合植被类型、土壤盐度和植被指数分布状况开展了植被盖度分布特征分析,得到如下结论:（1）基于GF-1 WFV卫星影像的NDVI、SRI、SAVI、MSAVI和DVI 5种植被指数,分别建立植被盖度估测模型,其中基于NDVI、SRI、MSAVI和DVI 4种植被指数建立的多变量线性回归模型估测精度最好,其决定系数（R2）最大,为0.904,均方根误差RMSE最小,为0.14;（2）植被盖度估算模型的精度与植被盖度本身有一定的关系,其中各植被盖度回归模型中,盖度大于0.8时估算精度要优于盖度小于0.6的区域,RMSE最大相差0.04;（3）以潮滩碱蓬和潮滩芦苇为主的植被覆盖区属于低植被盖度区,盖度位于0.03~0.5,盐度在1.5 g/L左右;芦苇草甸、互花米草和柽柳灌丛植被覆盖区属于高植被盖度区,盖度位于0.8~1.0,其中芦苇草甸土壤盐度小于1.2 g/L,柽柳灌丛土壤盐度在1.4~2.0 g/L,在高盖度植被区混生有中等盖度的植被,盖度在0.5~0.8,土壤盐度在1.8 g/L左右。     

黄河三角洲自然保护区生态敏感性评价

生态敏感性评价对于制定区域环境政策,进行环境管理具有重要作用。黄河三角洲自然保护区目前存在人为活动加剧、土壤盐碱化等问题,利用生态敏感性相关理论,选取了土地利用类型、植被覆盖度、重要生物栖息地、土壤质地、潜水埋藏深度、地下水矿化度6个生态敏感性因子进行研究。在GIS技术支持下,对黄河三角洲自然保护区生态敏感性进行了单因子评价及多因子综合评价,并采用层次分析法获取各指标权重,综合指数法计算评价区域敏感度。结果表明,黄河三角洲自然保护区中度以上敏感区面积约占总面积的72%,生态敏感性程度整体较高。敏感性程度的面积与空间分布规律为:不敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感区和极敏感区的面积分别占研究区总面积的11.9%、16.1%、25.8%、27.4%、18.8%,整体上从西到东,沿黄河入海方向敏感性等级逐渐增高。评价结果可为自然保护区生态环境政策的制订提供科学依据。     

黄河三角洲土壤盐渍化原因分析与生态风险评价

以黄河三角洲为研究区域,选择土壤全盐为标志,以海拔高程、地下水位、地下水矿化度、、灌溉排水状况、土壤有机质和人口密度6个土壤盐渍化主要控制性因子,采用聚类分析方法进行了土壤盐渍化原因分析;基于ArcGIS 9.3和Matlab,选择上述7个要素为评价因子,以归一化植被指数(NDVI)为生态终点,利用灰色关联度方法建立了区域土壤盐渍化的生态风险评价模型,并进行了生态风险评价。结果表明:黄河三角洲土壤盐渍化主要受自然和人为因素驱动,其中地下水位和海拔高程等自然因素是造成研究区土壤盐渍化的自然因素,土壤有机质和人口密度等是人为因素;土壤盐渍化极大和重度风险区域集中分布于黄河三角洲东南沿海区域、西北沿海、东北部的部分地区,该区域受海洋影响强烈,土壤盐渍化面积最大,占到总面积的58%以上;无风险、轻度风险和中度风险区域主要与黄河径流的距离有关,且随着距离增大而风险增加。     

近30 a来盐城沿海盐沼时空分布演变规律及影响因素分析

盐沼是全球温带及亚热带地区的主要滨海湿地类型之一,具有重要的生态服务功能。本文以盐城沿海区域为例,利用近30 a来的6期遥感卫星图像,通过简单的植被覆盖指数(NDVI)粗提取和目视解译的方法分析了该区域盐沼的时空演变,并对引起这些变化的影响因子进行了探讨。结果表明,近30 a来研究区盐沼面积呈大幅度先升后降又小幅度上升的趋势,至2015年盐沼面积减少了约18 km²;盐沼的空间位置不断向外扩张,最大扩张距离达到了5.5 km,盐沼的宽度也随着时间不断变化;盐沼植被类型发生了不同程度的演变,景观指数表明景观破碎化程度不断加剧,獐毛、碱蓬、芦苇大量减少,单一的互花米草覆盖湿地。对盐沼时空变化起到影响的自然因素和人为因素中,围垦活动的影响最为显著。     

基于GF-2影像的广西茅尾海红树林物种分类及盖度估算分析

为了掌握茅尾海红树林种类和盖度情况,基于GF-2 PMS1高分辨率卫星遥感影像数据,使用支持向量机(support vector machine,SVM)和回归模型方法开展了茅尾海红树林物种分类和植被盖度估算研究,并对其分布特征展开了详细分析。研究表明:(1)广西茅尾海红树林共有4个种类,分别是桐花树(Aegiceras corniculatum)、无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)和茳芏(Cyperus malaccensis)。桐花树作为茅尾海红树林的优势种,面积为1228.612 ha,占总面积72.5%,散布在茅尾海潮间带。秋茄面积最少,仅有1.976 ha,零星分布于茅岭乡和尖山镇沿岸,多数与无瓣海桑和桐花树混生。(2)基于GF-2 PMS1卫星影像的NDVI植被指数建立的二次多项式盖度回归模型效果最好,决定系数最大为0.7644,均方根误差RMSE最小为0.0680。(3)植被盖度分布状况与植被类型有密切关系,植被种类纯生区的盖度要明显大于植被混生区的盖度。本研究结果为茅尾海国家海洋公园和自治区级自然保护区管理部门的决策提供理论基础。     

基于Landsat数据的黄河三角洲湿地提取及近30年动态研究

为深入了解黄河三角洲湿地近30a时空分布和动态变化特征,以山东省东营市为研究区,利用1986、1992、1998、2004、2010、2016年六个时期的Landsat遥感影像为数据源,综合利用光谱指数(MNDWI、NDVI)、目视解译、主成分分析(PCA)等方法,构建层次分类判别方法,提取研究区土地覆盖和湿地分类信息,分析研究区域近30a来的土地覆盖和湿地动态变化。结果表明:1)采用提出的层次分类判别方法提高了分类精度,6个时期的土地覆盖和湿地分类总体精度均高于85%;2)1986-2016的近30a间东营地区土地覆盖和湿地分布及面积发生了较大的改变,自然湿地退化现象严重,其中滩涂面积减少872.06 km~2,包括237.06 km~2转化为养殖池塘,114.79 km~2转化为盐田;沼泽湿地面积减少297.10 km~2,其中221.66 km~2转化为农田,河流面积基本变化不大。同时,盐田、养殖池塘、水库坑塘三类人工湿地面积分别增加了225.11 km~2、402.71 km~2,423.51km~2,呈现显著增加态势。自然与人工湿地总面积变化不大。     

1979—2013年黄河三角洲岸线变迁的时空异质性研究

基于RS和GIS,通过分区分析了1979—2013年黄河三角洲不同流路岸线变迁及冲淤变化的时空异质性及其驱动因素。发现1979—1986年间,由于黄河入海泥沙量高且处于改道清水沟初期,清水沟(Ⅵ区)和清8汊流路(Ⅴ区)向海延伸显著,此后入海泥沙量减少其变化明显减缓;1995年以后,黄河改道清8汊且2002年以来调水调沙增加了黄河的输沙能力,三角洲岸线变迁的幅度较2000年前增强;刁口河附近区域(Ⅰ、Ⅱ区),因黄河改道清水沟和清8汊流路,入海水沙补给显著减少,总体上处于蚀退状态;神仙沟流路区域(Ⅲ区),1986年以后除入海口处有变化外,其它区域因修建堤坝成为人工岸线而少有变化;莱州湾西侧区域(Ⅵ区),淤进和蚀退量很小,总体向海推进。可见,岸线变迁主要受入海泥沙量的影响,改道致使不同时期三角洲岸线变迁出现空间异质性。     

近70年珠江水沙变化特征及人类活动影响因素分析

收集1954—2019年珠江流域的3个主要水文站:高要站(西江)、石角站(北江)和博罗站(东江)的径流量与输沙量资料,运用Mann-Kendall非参数检验法和累积距平法,分析了珠江流域水沙近70年来的年际变化特征。结果表明,1954—2019年珠江年径流量变化趋势不明显,年输沙量呈下降趋势,高要站与博罗站年输沙量分别于2003年和1991年发生突变,多年平均输沙量较突变前分别减少了71.30%和48.88%,石角站未发生明显突变。2000—2019年珠江流域归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)整体呈上升趋势,植被覆盖改善区域占流域总面积的89.27%,但NDVI与水沙变化的相关性不显著。运用双累积曲线法对不同时期人类活动对珠江输沙量的影响进行分析,20世纪80年代以来,森林砍伐、水库建设、水土保持等人类活动对输沙量造成显著影响,2000年以后龙滩水库建设是西江输沙量下降的主要原因,植被改善对于珠江流域输沙量的影响不明显。     

基于RS 和GIS 的近代黄河三角洲滩涂变化分析

黄河携带泥沙入海不断淤积而形成丰富的滩涂是三角洲地区重要的后备土地资源, 掌握滩涂的空间分布及演化特征对合理开发滩涂, 加强滩涂资源的保护和可持续利用, 促进黄河三角洲高效生态经济区发展都有重要意义。选取近代黄河三角洲地区1989 年和2000 年landsat TM/ETM+影像, 利用基于专家知识的监督、目视判读分类方法, 提取了两个时期内不同行政区域和不同自然岸段的黄河三角洲滩涂信息。通过土地利用类型转换矩阵分析了滩涂与其他土地利用类型间的相互转化关系, 得出1989～2000 年间, 黄河三角洲中潮位滩涂主要向林草地(15.9%)、海域(12%)、其他用地(7%, 含已围待用地)和养殖、盐田用地(6.3%)等土地利用类型转化; 同时又有36.5%的海域、6.5%的水域和2.5%的林草地转化为滩涂; 而总体上滩涂面积呈减少趋势, 减少面积为246.42 km²。海洋动力作用、黄河断流、人类活动是致使滩涂面积减少的主要因素。     

1982—1999年珠江流域归一化植被指数与降水年际变化分析

利用1982—1999年月平均归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和降水资料,采用经验正交函数(EOF)方法分别研究了珠江流域的NDVI和降水在年和年际尺度上的异常关系,并分析了NDVI与降水及其他一些气象因子的相关关系。研究发现流域NDVI和降水在年内异常上具有较好的空间一致性,在时间上具有1—2个月的滞后;年际尺度上两者异常空间差异明显,流域东部(下游)异常为负相关,西部(上游)异常为正相关。NDVI和各气候因子的相关关系存在明显的空间和季节差异:流域东部NDVI和降水负相关明显,和温度及太阳短波辐射正相关明显;流域西部NDVI和降水滞后正相关明显,和温度相关不明显;NDVI在夏季和降水呈显著负相关,在春、秋季节滞后于降水,呈明显正相关,且滞后3个月正相关最为明显。     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

基于MODIS数据的珠江口悬沙扩散形态对风和径流的响应

Cloud-free moderate-resolution imaging spectroradiometer(MODIS) images of the Zhujiang(Pearl) River Estuary(ZRE) taken between 2002 and 2012 are retrieved and used to study the spatial and temporal patterns of suspended sediment concentrations(SSCs) across the estuary under runoff, wind, and tropical storm conditions.Five typical dispersal patterns of suspended sediments in the estuary are defined: Case I shows generally low SSCs under low dynamics; Case Ⅱ shows a river-dominant dispersal pattern of suspended sediments from the outlets,particularly from Modaomen, Jiaomen, Hengmen, and others; Case Ⅲ shows wind-dominant dispersal of high SSCs derived from the west shoal and southwesterly transport under a strong NE wind; Case IV is the combination of relatively large runoff and wind; and Case V is caused by a strong tropical storm with high river discharge and wind, which is characterized by the high SSCs across the entire estuary that are transported eastward by winddriven and buoyancy currents outside the estuary. Runoff is a dominant factor that controls seasonal and annual SSC variations in the ZRE, with the area of high SSCs being largest in the summer and smallest in the spring. The correlation coefficients between the monthly averaged river-suspended sediment discharge and the area of the high SSCs are approximately 0.6. The wind power over the west shoal increases with a wind speed, which induces more sediment resuspension and shows a close relationship between the wind speed and high SSC area.     

秋季长江口水体颗粒有机碳年际变化及影响因素分析

根据2007—2012年长江口及其邻近海域4个航次(11月)调查资料,探讨了长江口秋季颗粒有机碳(POC)时空分布特征;结合长江口环境要素和陆源输入(径流、输沙),分析了秋季POC分布的主要影响因素。结果表明:(1)2007—2012年秋季长江口POC浓度范围为0.03—16.95mg/L,均值2.30mg/L,底层POC浓度高于表层。长江口表层POC浓度存在显著的年际变化特征。(2)长江口区POC分布呈现沿长江径流入海方向降低的趋势,高值区出现在口门附近偏南部水域。口门内和近岸水域POC显著高于近海水域。口门水域POC年际间相对稳定,近岸和近海水域年际变化显著。(3)长江口POC分布与盐度呈非保守性变化,悬浮物是POC分布的主要控制因素,多数年份POC与叶绿素a相关程度较弱。(4)河口来水来沙量对POC浓度具有较强的制约性,径流的主要影响区域在口门内和近岸区,输沙的主要影响区域在最大浑浊带和长江口北部水域。(5)入海输沙量与长江口水域POC相关性最强。咸淡水交汇引起的悬浮物沉积和沉积物的再悬浮强度决定口门内水域POC浓度,浑浊度较高的近岸水体POC对陆源输入泥沙的依赖性较强,长江口外侧海域初级生产力水平成为POC浓度的重要影响因素。     

Evaluating groundwater discharge to tidal rivers based on a Rn-222 time-series approach

The natural flux of groundwater into coastal water bodies has recently been shown to contribute significant quantities of nutrients and trace metals to the coastal ocean. Groundwater discharge and hyporheic exchange to estuaries and rivers, however, is frequently overlooked though it often carries a distinctly different chemical signature than surface waters. Most studies that attempt to quantify this input to rivers use multiple geochemical tracers. However, these studies are often limited in their spatial and temporal extents because of the labor-intensive nature of integrating multiple measurement techniques. We describe here a method of using a single tracer, ²²²Rn, to rapidly characterize groundwater discharge into tidally-influenced rivers and streams. In less than one week of fieldwork, we determined that of six streams that empty into the Indian River Lagoon (IRL), Florida, three (Eau Gallie River, Turkey Creek, and Main Canal) did not receive substantial groundwater inputs, one canal (C-25 Canal) was dominated by groundwater exchange, and the remaining two (Sebastian River system and Crane Creek) fell somewhere in between. For more detailed discharge assessments, we focused on the Sebastian River system, a stratified tidal river estuary, during a relatively dry period (June) and a wet period (July) in 2008. Using time-series ²²²Rn and current velocity measurements we found that groundwater discharge into all three branches of the Sebastian River increased by 1–2 orders of magnitude during the wetter period. The estimated groundwater flow rates were higher than those reported into the adjacent IRL, suggesting that discharge into these rivers can be more important than direct discharge into the IRL. The techniques employed here should work equally well in other river/stream systems that experience significant groundwater discharge. Such assessments would allow area managers to quickly assess the distribution and magnitude of groundwater discharge nature into rivers over large spatial ranges.     

黄河下游及河口区表层沉积物中U,Ra,Th,40K和137Cs的测定

本文从地球化学和环境保护的角度,用8180—4Kγ谱仪直接测定方法确定了天然放射性元素U,Ra,Th,~(40)K,及人工核素~(137)Cs的含量,讨论了它们的分布特点及其影响因素,指出了河口区与下游段元素变化的差异及其制约条件。