太湖流域空间开发适宜性分区与失衡性评估

随着发达地区经济社会的快速发展,建设用地急剧扩张,改变地表下垫面水文条件,成为导致区域水环境不断恶化的重要因素,并引发一系列的资源环境问题.为了促进资源环境与经济社会均衡发展,近年来地理学界开展了大量空间开发功能分区和适宜性分区的研究,为区域空间管理和建设用地调控提供科学依据,但是这些研究大多以单一行政区为对象,缺少流域等跨行政区的自然地理单元的分区研究,忽视了流域经济社会发展与资源环境保护的整体性.为此,本文在借鉴相关分区研究的基础上,以太湖流域为例,探讨了流域单元空间开发适宜性分区指标选择与综合评价等技术方法,将太湖流域划分为高适宜区、中等适宜区、低适宜区和不适宜区等四种类型,并采用数据包络分析方法,探讨了建设用地配置规模与空间开发适宜性的对应关系和均衡程度,据此判断流域空间开发的失衡状态.     

基于生态-经济重要性的滨湖城市土地开发适宜性分区研究——以无锡市为例

契爷石水库是广东省东莞市的一座中型供水水库,为富营养化水体.为改善该水库水质,2002年10月开始从东江调水,以满足供水的水量和水质要求.在调水后的两年期间,对水文、水质和浮游植物种类和数量进行了调查.本文将调查结果与以往(2000年)调查数据进行了对比,分析了调水后该水库水质和浮游植物的特点和调水对水质的影响.调水直接导致TP浓度显著下降,丰水期的TN浓度有一定下降,但调水并没显著降低枯水期TN的浓度.调水后,丰水期水体的叶绿素a浓度有明显的增加,枯水期叶绿素a浓度大大低于调水前.与调水前相比,调水后浮游植物种类数有明显增加,特别是绿藻种类,蓝藻中的假鱼腥藻和针状蓝纤维藻仍为浮游植物优势种,但硅藻中的短小曲壳藻和针杆藻等成为新的优势种,裸藻的数量大为减少.     

城镇化下河流水质变化及其与景观格局关系分析——以太湖流域苏州市为例

以河流近域景观格局与水环境质量间的关系为研究对象,基于2001年及2010年两期土地利用类型以及7条典型河流的溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮5项水质指标,分析城镇化下苏州市河流水质与景观格局之间的关系及其变化规律.结果表明:(1)苏州市河流水质状况总体较差,但呈现一定的好转趋势.(2)河流水质受到城镇用地、旱地及水田的综合影响,并表现出尺度效应.其中城镇用地与旱地对河流水质恶化具有明显的作用,水田则反之.2001-2010年城镇用地及水田对水质的影响程度有所减弱,旱地则增强.(3)蔓延度指数、最大面积斑块比例对河流水质呈现负相关,斑块数量、斑块密度、香农均匀度指数、香农多样性指数则与水质呈现正相关.景观格局对于水质的影响在大范围缓冲区更为显著.研究结果可为苏州水环境管理及太湖流域城市空间开发提供一定的参考依据.     

基于地图计算的流域水文过程模拟--以太湖流域上游西苕溪流域为例

利用 PcRaster 的环境动态模拟语言，基于地图运算和网格之间水流运动的模拟，开发了水文过程模拟模型，选择 太湖流域上游的西苕溪流域进行试验，用实测资料对模拟结果进行了验证，结果表明模型模拟结果与实际是符合的．本 模型可以用于流域的物质迁移、污染物迁移、人类活动的环境影响变化等的模拟．在此水文过程模拟的基础上，只要叠加 网格上的物质产出率，就可以很容易得到子流域出口的物质通量的变化和其在流域上的空间分布，集成各个子流域过程， 就可以得到流域出口断面的物质通量的变化．     

太湖流域上游土地利用变化机制的实证分析--以浙江省安吉县为例

近10年来,太湖流域上游地区经济发展逐步趋于活跃,受此影响,区域人口-资源、环境-发展(PRED)出现了新的特点与趋势。基于上游地区土地利用/覆被变化对流域整体水环境与生态安全格局所具有的重要意义,本文选择安吉县作为典型案例,分析其区域土地利用的基本特征,土地利用变化与景观格局动态的过程,以及驱动因素与机制,由此揭示山区土地利用/覆被变化的一般性规律,为太湖流域上游地区经济发展与土地利用、环境保护相互协调,提供决策借鉴与依据。     

水环境约束分区与空间开发引导研究——以无锡市为例

基于区域开发与水环境保护的相互作用关系,本文根据河湖水环境质量要求对地区开发的约束影响,分析水环境约束的区域差异及相应区域开发中水污染物排放的控制.以无锡市为例,综合考虑河湖水文及流域地貌等自然地理要素,将全市域划分为两个一级环境单元区.34个二级子环境单元区,作为水环境约束评价的基本单元;选择河湖水体使用功能、水体通达性、水质目标和引水通道、地貌特征等要素作为表征水环境约束的评价因子,运用GIS空间分析和统计分析方法,综合评价全市域水环境约束的等级分区.以此作为空间开发引导的依据,其中水环境约束较弱的地区可以适当布局水污染物排放量较大的生产生活项目.而水环境约束较强的地区需要严格控制乃至禁止水污染物排放量大的项目建设.     

太湖上游水源保护区生态补偿支付意愿问卷调查——以天目湖流域为例

在天目湖流域建立生态补偿机制,形成上游生态保护激励机制,对于太湖流域水环境改善有着极为重要的作用.本文通过问卷调查的方式,首先,调查了解天目湖流域居民对环境保护和生态补偿的认知状况,得出天目湖流域居民环境保护意识很强,生态补偿需求旺盛.其次,对居民和旅游者的生态补偿支付意愿进行了解.最后,对最大支付意愿公式进行改进,在...     

基于湖库水质目标的流域氮、磷减排与分区管理——以天目湖沙河水库为例

湖库水环境保护在保障生产与生活用水、维系生态平衡、发展旅游等方面发挥着重要的作用.水质目标管理是保护湖库水质的最佳管理办法.本文以天目湖地区沙河水库及其流域为研究区域,建立模型模拟沙河水库流域的水文与水质,评估入库污染通量和主要来源;依据水质目标测算氮、磷污染的容量和减排量,结合土地的生态保护与开发适宜性评估,提出氮、磷污染分区减排和土地管控的对策和措施.研究结果表明,沙河水库氮、磷污染物入库通量分别为206.01和3.29 t/a,面源总氮和总磷分别占总入库量的85.7%和67.5%.不同土地利用类型氮、磷输出强度有显著差异,总氮输出强度依次为茶园 >耕地 >建筑用地 >裸地 >草地 >退耕地 >林地 >河湖漫滩,总磷输出强度与地表覆盖度有关,依次为裸地 >建筑用地 >茶园 >耕地 >草地 >退耕地 >林地和河湖漫滩.从氮、磷输移过程来看,沙河水库流域总氮排放量为321.64 t/a,进入河流的为255.53 t/a,在河道输送过程中损失19.4%,最终有206.01 t/a进入水库;沙河水库流域总磷排放量为13.42 t/a,进入河流的为7.90 t/a,在河道输送过程中损失58.3%,最终有3.29 t/a进入水库.不同分区河流氮、磷滞留降解率有很大的差异,中田河总氮、总磷滞留降解能力最强,分别为34.71%和84.31%.2009年的通量计算结果显示,沙河水库总氮达到Ⅳ类水质目标需要的入湖减少量为32.01 t/a,入湖削减比例为15.50%,总氮达到Ⅲ类水质目标需要的入湖减少量为59.66 t/a,入湖削减比例为29.00%;总磷达到Ⅲ类水需要的入湖减少量为0.682 t/a,入湖削减比例为20.70%,总磷达到Ⅱ类水需要的入湖减少量为1.479 t/a,入湖削减比例为44.90%.为了实现基于土地利用的面源污染减排管控,选定植被覆盖度、水源涵养能力、地形坡度、土地利用、氮磷分区贡献量、与道路和村落距离等指标综合评估生态保护价值和开发适宜性,并划定禁止开发区、限制开发区和保护性开发区3个管理分区,最终确定各分区的开发强度限制和管控方式.     

流域数据模型研究—以太湖流域西苕溪流域为例

对江汉平原江陵剖面沉积物中的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素δ13C值和粒度参数的分布特征与环境气候的关系进行了研究.结果表明：沉积物中有机碳、总氮较高,有机质的δ13C值偏负,沉积物的平均粒径较粗时,气候温暖湿润;反之,沉积物中有机碳、总氮较低,有机质的δ13C值偏正,沉积物的平均粒径较细时,气候温凉偏干.结合14C测年,判别江汉平原江陵地区的古气候演化过程：8900-6070 aBP,为温湿时期;6000-4600 aBP为相对冷干时期;4600-2500 aBP为温暖湿润时期;2500 aBP以来为温凉偏干时期.     

太湖流域水环境变化的货币化成本及环境治理政策实施效果分析——以江苏省为例

首先测算1987-2001年间太湖流域水环境变化货币化成本,结果表明,1987-2001年间全太湖流域水环境呈现阶段性恶化的特征,15年间水环境变化的货币化成本增长了约1251亿元,年均增长速度达6.67 %,其中,太湖流域苏南地区2001年的水环境货币化成本已经占到该地区GDP的19%. 其次,通过构建太湖流域水环境变化政策驱动力模型,检验了太湖流域环境治理政策的运行效果,结果表明,1996年以来实施的环境政策,使得太湖流域的水环境污染货币化成本下降了61.79%,因此,太湖流域的环境治理政策是有效的. 据此,文章最后从流域产业结构调整、发展循环经济以及建立多元的环境治理投融资体系等几个方面,提出了进一步推进太湖流域环境治理的政策建议.     

太湖上游低山丘陵地区不同用地类型氮、磷收支平衡特征

不同用地类型的土壤氮、磷收支平衡决定了氮、磷在土壤的富集,进一步影响氮、磷的流失强度,分析该过程有助于揭示不同用地类型对区域的环境效应.以位于太湖上游低山丘陵地区的天目湖流域为研究区,采用农户调查问卷、土壤和植被生物量实验分析、文献调研和氮、磷表观平衡模型的方法,选择研究区的茶园、水田、马尾松林和竹林四种典型用地类型,系统分析了氮、磷的输入要素,包括肥料输入、大气沉降、秸秆返田/枯枝落叶、生物固氮、人畜排泄物返田,以及输出要素,包括植物生长吸收、氨挥发、反硝化,并比较不同用地类型氮、磷收支特征.在此基础上进一步与土壤表层氮、磷含量比较,揭示太湖流域上游丘陵山区主要用地类型的水环境效应.研究结果显示:土壤氮、磷盈余量大小顺序为茶园 > 水田 > 马尾松林 > 竹林,分别是648.6、248.9、115.5、53.6 kgN/(hm²·a)和319.9、29.7、1.2和-3.4 kgP/(hm²·a);氮、磷利用效率以竹林最高,茶园的氮、磷利用效率均最低,仅为15.0%和3.1%;土壤氮盈余量与表层氮含量未能呈现出一致的关系,土壤磷盈余量与表层磷含量比较类似,并由此得出竹林比马尾松林更有利于水环境保护,而茶园对水环境的不利影响超过水田.     

太湖流域土地利用变化的水文响应模拟

以城市化快速发展的太湖流域为研究对象,采用1985、1995和2000年TM/ETM土地利用解译资料,应用区域尺度单元格网分布式水文模型,进行长序列水文模拟,定量评估太湖流域土地利用变化及其水文响应特征,为流域用地规划、水资源管理以及灾害防治提供决策参数.研究显示,自1985年到2000年,太湖流域城镇面积扩展了40.38%,增加量占太湖流域总面积的3.88%.在1980-2000年的雨情下,全流域土地利用变化导致产流量平均增加4.11%,约为7.56×108 m3,最高值为11.76%,约为10.0×108 m3.受土地利用变化空间差异影响,产流量增加具有较大区域差异,城镇快速扩展的苏锡常地区和浦东浦西地区,土地利用变化导致产流量平均增加为10.07%和7.03%,最高增量达20%-30%.     

平原河网区降雨径流污染负荷测算——以太湖流域望虞河西岸为例

如何精细量化降雨径流污染负荷是流域尺度实现面源精准治污全过程控制的重要前提.本研究以水污染较为严重的望虞河西岸综合示范区为例,通过开展不同土地利用类型的降雨观测实验,修正SCS-CN模型中的初损率,并基于土地利用类型遥感解译和降雨径流污染物浓度测定,精细刻画降雨径流中总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、化学...     

太湖流域苏州城区不同用地类型降雨径流中重金属的生态风险评价

随着城市化进程的不断加快,不同用地类型上产生的降雨径流中重金属含量高且差异较大,而目前仍缺乏对降雨径流所携带的重金属风险评价的研究.以苏州城区为研究对象,选取商业区、居住区、历史文化保护区和文教区,监测降雨径流中铜（Cu）、锌（Zn）和铅（Pb）3种常见重金属浓度,通过物种敏感性分布（SSD）曲线获取预测无效应浓度（PNEC）,基于重金属的生态有效性,应用风险商（RQ）法对重金属的生态风险进行评价.结果表明：以6场有效降雨事件的事件平均浓度（EMC）统计结果的平均值为分析依据,对照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）,苏州城区径流中的Zn、Cu浓度满足Ⅱ类水质标准,Pb浓度则劣于Ⅴ类水质标准;主要受地面交通活动和屋面材料的影响;在不同用地类型内Cu、Pb和Zn浓度的分布存在一定差异,商业区受重金属污染程度最为严重,其余3种用地类型均不同程度受到不同重金属的污染,对应的3种重金属的生态风险在不同用地类型内也显示相同规律;不同的重金属产生不同的环境行为,导致对水生生物的毒性差异较大,降雨径流中的重金属浓度在水环境中产生的有效生态风险程度为Pb > Cu > Zn.研究认为Cu、Zn和Pb对淡水生物的生态风险均达到高风险程度,而我国目前的《地表水环境质量标准》未充分考虑生态影响,低估了部分重金属的生态风险.     

The influence of land use patterns on water quality at multiple spatial scales in a river system

The influence of land use patterns on water quality in a river system is scale‐dependent. In this study, a four‐order hierarchical arrangement method was used to select water sampling sites and to delineate sub‐basins in the Daliao River Basin, China. The 20 sub‐basins were classified into four spatial scales that represented four different stream orders. Pearson correlation analysis was used to quantify relationships between land use composition and the river's physical‐chemical variables for all samples collected. This analysis showed that the presence of forest cover was associated with higher water quality at the scale of the whole basin. The scale effects of land use patterns on water quality were then examined using stepwise multiple regression analysis that compared different land use types with water quality variables. The results from this analysis showed that urban areas, as opposed to forest areas, became the most significant contributors of water pollutants when scale effects were considered. The influence of urban land cover on water pollution was significantly higher at larger scales. The lack of a significant regression correlation for the forest land use type at smaller scales revealed that forest located upstream of the Daliao River Basin did not provide a buffer for improved water quality. Further analysis showed that this result could be because of disproportionate spatial distributions for forest and urban land use types. The topographic characteristics of sub‐basins, such as average slope (S) and size (A), were determined to be secondary explanatory variables that affected land use impacts on stream water quality. Areas with steep slopes were associated with increased water oxygenation, whereas areas with flatter slopes were associated with higher concentrations of pollutants. These results are significant because they can provide a better understanding of the appropriate spatial scale required for effective river basin management in the future. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effects of land use on water chemistry in a river draining karst terrain,southwest China

Abstract

The effects of land use on river water chemistry in a typical karst watershed (Wujiang River) of southwest China have been evaluated. Dissolved major ions and Sr isotopic compositions were determined in 11 independent sub-watersheds of the Wujiang River to investigate the spatio-temporal variations in river water chemistry and their relationship to land use. The results show significant spatial variability in pH, major ions, total dissolved solids (TDS), and Sr isotopic compositions throughout the basin. Correlation analysis indicates that nitrogen content is significantly related to forest coverage. Nitrogen and potassium generally have higher values in the rainy season, and the percentage of agricultural land controlled NO₃^- levels, which originate from anthropogenic sources. Forest cover, which varies between 35% and 71%, has no statistically significant impact on river solute concentrations, but the TDS flux is low in sub-watersheds with greater forest cover. Geological sources have a significant influence on pH and Sr isotopic compositions in river water throughout the basin.

Editor D. Koutsoyiannis

Citation Han, G., Li, F., and Tan, Q., 2014. Effects of land use on water chemistry in a river draining karst terrain, southwest China. Hydrological Sciences Journal, 59 (5), 1063–1073.     

Flood-hazard assessment and risk-based zoning of a tropical flood plain: case study of the Yom River,Thailand

Abstract

This study contributes to the comprehensive assessment of flood hazard and risk for the Phrae flood plain of the Yom River basin in northern Thailand. The study was carried out using a hydrologic–hydrodynamic model in conjunction with a geographic information system (GIS). The model was calibrated and verified using the observed rainfall and river flood data during flood seasons in 1994 and 2001, respectively. Flooding scenarios were evaluated in terms of flooding depth for events of 25-, 50-, 100- and 200-year return periods. An impact-based hazard estimation technique was applied to assess the degree of hazard across the flood plain. The results showed that 78% of the Phrae flood-plain area of 476 km² in the upper Yom River basin lies in the hazard zone of the 100-year return-period flood. Risk analyses were performed by incorporating flood hazard and the vulnerability of elements at risk. Based on relative magnitude of risk, flood-prone areas were divided into low-, moderate-, high- and severe-risk zones. For the 100-year return-period flood, the risk-free area was found to be 22% of the total flood plain, while areas under low, medium, high and severe risk were 33, 11, 28 and 6%, respectively. The outcomes are consistent with overall property damage recorded in the past. The study identifies risk areas for priority-based flood management, which is crucial when there is a limited budget to protect the entire risk zone simultaneously.

Citation Tingsanchali, T. & Karim, F. (2010) Flood-hazard assessment and risk-based zoning of a tropical flood plain: case study of the Yom River, Thailand. Hydrol. Sci. J. 55(2), 145–161.