InVEST模型在石羊河流域生态系统水源供给中的应用前景与方法

针对石羊河流域生态系统水源供给服务功能存在的问题,在研究和学习国内外有关In VEST模型并结合石羊河流域具体的生态系统水源供给特点基础之上,建立了基于GIS和SWAT平台的In VEST模型,可通过估算石羊河流域生态系统的水源供给量,诊断出石羊河流域水源供给服务时空变化的主要原因。精确估算石羊河流域生态系统的水源供给量对于摸清流域生态系统水源供给服务现状及指导流域可持续发展具有重要意义,同时为石羊河流域规划和管理提供决策依据。     

近20年沮漳河流域山水林田湖草空间格局与生态功能变化评估

沮漳河流域是长江中游和江汉平原地区重要的战略水源地和生态屏障,山水林田湖草生命共同体理念是新时期流域系统治理的重要思想。文章基于遥感数据,利用GIS空间分析、FragStats景观格局分析等技术,定量评估了沮漳河流域2000—2020年山水林田湖草空间格局与生态功能变化。结果表明近20年流域生态格局和生态功能整体向好,但局部地区有退化趋势,沮漳河和漳河水库沿岸湿地生态系统斑块呈现破碎化趋势;流域山林水源涵养功能明显下降区域占21.70%,南部农田区域土壤保持功能轻微下降。该研究为流域生态保护与修复关键区域的识别以及修复策略制定提供了定量分析方法。     

疏勒河流域水源供给服务时空变化研究

水源供给服务功能对于理解和调节生态系统服务功能至关重要。以疏勒河流域气候、土壤、DEM、水文、土地利用/覆盖变化和统计数据等为基础,运用RS和GIS技术,结合InVEST模型首先对疏勒河流域1980—2020年土地利用与覆被变化进行时空动态分析;其次对流域水源供给功能数量、时空分布特征进行定量评估研究;最后对产水区模拟结果进行模型校验。结果表明：疏勒河流域土地利用类型中未利用地、草地为主、建设用地、水域趋于大幅扩张,林地面积趋于缩减;疏勒河流域1980、2000、2020年流域总产水量分别为1.9458×10⁹、2.1660×10⁹、5.2109×10⁹m³,近40年产水量净增3.2651×10⁹m³,增加1.68倍;水源供给量在近40年内呈现先减少后增大的趋势,水源供给空间分布特点与产水量高值区均主要集中于流域中上游。研究对于定量评估疏勒河流域产水量和流域高质量发展具有重要实践意义。     

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 m³,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。     

基于InVEST模型的赤水河流域生态系统服务功能评估研究

通过开展流域生态系统服务功能评估,分析生态系统服务功能时空动态演变趋势,能够快速识别流域整体健康水平和退化程度,为流域生态系统保护提供决策依据。本研究采用ArcGIS和Fragstats软件分析了赤水河流域1980—2015年6期土地利用的时空动态变化和景观格局特征,采用InVEST模型综合评估了赤水河流域的水源供给、土壤保持、碳存储和生境质量等生态系统服务功能,并分析了35年间流域生态系统服务功能的时空分异特征。研究结果表明:赤水河流域1980—2015年土地利用未发生显著变化,保持了相对天然的生态系统状况。流域产水量近年来略微增加,中下游是主要的产水区。流域整体土壤侵蚀状况为微度侵蚀,轻度侵蚀面积近年来略微增加。赤水河流域为碳源区,流域碳储量呈降低趋势。流域生境质量指数平均值约为0.78,生境质量整体呈改善趋势。研究可为赤水河流域的生态环境保护提供参考。     

基于InVEST模型的太湖流域水源涵养能力评价及其变化特征分析

将InVEST(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)模型中的产水量模型应用于太湖流域,定量评价太湖流域的水源涵养能力及其变化特征。结果表明:总产水量变化上,1990—2010年太湖流域生态系统总产水量波动性明显;空间分布上,南部地区单位面积的产水量较高,山区丘陵地带产水量比平原地带高。流域水源涵养能力分异性特征明显,降水量较土地利用/覆被更显著地驱动产水量的变化。     

基于InVEST模型的大凌河上游区产水功能分析

为探讨大凌河上游区产水功能的定量评估及空间表达,利用InVEST模型计算大凌河上游汇水区产水量,结合ArcGIS平台分析流域产水量空间分布格局及相关性,探讨在不同驱动因子下产水量高低情况。研究结果表明:①2015年大凌河上游汇水区平均产水量为36.72 mm,产水总量为3.41亿m~3/a;②研究区产水量Moran’s I值为0.939,产水量呈现明显空间相关性,朝阳县西部及喀喇沁左翼蒙古族自治县东北部子流域处于Low-Low聚类区,建昌东部子流域为High-High聚类区,流域内无Low-High聚类区与High-Low聚类区;③不同土地利用类型下,林地、草地以及城市与工矿用地产水能力强,水域、未利用地及耕地产水能力弱;④不同土壤质地的平均产水能力依次为棕壤>中性石质土>钙质粗骨土>粗骨土>淋溶褐土>褐土>潮褐土>积钙红黏土>石灰性褐土>潮土>潮棕壤;⑤产水量与降水量显著正相关,与实际蒸散量、潜在蒸散量显著负相关。InVEST模型适用于评估大凌河产水功能研究,不同因素下产水功能差异显著。     

长江经济带生态系统格局演变及其驱动力分析

为了揭示长江经济带生态系统格局和演变特征，并分析其驱动力，对长江经济带1990～2020年生态系统空间分布其及变化进行了分析。结果表明：近30 a来，长江经济带农田生态系统面积减少最多，减少了3.47万km2,城镇生态系统面积增加最多，增加了4.06万km2。中游省份和下游省市的生态系统变化最为剧烈。长江经济带景观破碎度增加，景观多样性提高。城镇化是长江经济带生态系统格局变化的首要驱动力。为保护长江经济带生态系统可持续发展，需提升其生态系统服务功能，保障流域生态安全；积极开展耕地保护，保障国家粮食安全；优化生态系统空间格局，保障城镇人居生态安全。     

土地利用变化对长阳县非点源污染负荷的影响研究

 利用输出系统模型,结合RS和GIS技术,对长阳县非点源污染负荷进行空间分布模拟和总负荷的估算。结果表明：①长阳县非点源污染负荷TN（总氮）,TP（总磷）从2000年到2006年呈逐步上升趋势,这种变化趋势与土地开发利用关系密切：在空间分布上,TN,TP由东向西纵深发展,污染负荷空间分布更加广泛;非点源污染负荷总量增加显著,2000年到2006年TN负荷增加幅度达到55.56%,TP负荷增加幅度为42.51%。②不同土地利用类型对非点源污染负荷总量的贡献率存在差异,对TN贡献率较大的土地利用类型是耕地、林地、草地;对TP贡献率较大的依次是林地、耕地、草地和建设用地。③不同土地利用类型对非点源污染负荷的贡献率也在发生变化,从2000年到2006年,耕地对TN的贡献率的变化最突出,上升了19%,草地贡献率下降了11%;草地对TP的贡献率变化最大,下降了18%,其次是建设用地,贡献率上升了5%左右。     

沙颍河流域河南段生态系统服务价值及影响因素评估

为提高沙颍河流域河南段生态系统服务水平，推动区域高质量发展，采用当量因子法、热点分析法、地理探测器模型评估沙颍河流域河南段2000—2018年生态系统服务价值(ESV)时空分异特征及影响因素。结果表明：耕地、草地、林地面积减小，城镇与农村居民点面积大幅度增大，耕地转出面积占总转出面积的57.71%,是其他土地利用类型转入的主要贡献者；研究区总ESV值随时间变化整体呈先增大后减小趋势，生态系统服务高值区范围缩小，主要分布在流域西部、北部；生态系统服务低值区范围扩大，主要分布在流域中部、东部，生态系统服务高值区、低值区空间集聚明显；生态系统服务价值增加的原因主要是耕地转水域、耕地转林地，减少的原因主要是林地转耕地、水域转耕地、耕地转城镇与农村居民点；生态系统服务价值空间分异受多因子的共同影响，其中人为干扰指数的影响最大，与各因子的交互作用最显著。下一步须严格限制林地、水域向耕地与建设用地转化，加强对生态用地的投入与管护，开展生态修复及流域生态补偿，以期改善生态环境，提高生态系统服务价值。     

新安江上游生态系统产水服务及价值

为模拟新安江上游下垫面水分存储因素对其实际供水能力的影响,采用降雨和潜在蒸散发及下垫面特征参数,结合耗水量模拟2010年新安江上游实际供水量及水资源的能值价值。结果表明:流域为下游贡献汇流量71.1×108m3,总价值达到29.9亿元。率水、街源河子流域供水能力较强。中部河谷平原区由于人为耗水过程,原本产水高值区成为实际供水的低值区。模拟产水量精度达97.0%,适用性较好,但下垫面参数仍需结合实测进一步优化。     

塔里木河流域绿洲水土资源匹配特征及稳定性分析

水土资源是维持干旱区绿洲可持续发展的关键要素,其时空变化直接影响绿洲的社会经济发展和生态安全.文章旨在通过水足迹与空间分析相结合的方法揭示塔里木河流域绿洲水土资源的时空匹配特征及其相互影响.1990-2015年间塔里木河流域农业水足迹增加了225.2亿m3,人工绿洲增加了1.30万km2,天然绿洲减少了0.16万km2...     

黄河上游甘南水源补给区生态保护思路

黄河发源于青海,成河于甘南.甘南黄河上游水源补给区具有非常重要的生态地位,在维系黄河安危和整个流域生态安全、经济发展中有着十分重要的作用.重视和加强黄河源区生态环境保护与建设,不仅关系到甘南经济社会的发展,更关系到中华民族的"母亲河"-黄河的安危,关系到整个黄河流域乃至全国的生态安全与经济的可持续发展.指出了黄河上游水源补给区存在的生态问题,并提出了相应的保护措施.     

于桥水库富营养化评价及空间分布特征研究

基于天津市于桥水库2000-2010年水质数据,结合卡尔森富营养化指数与3种GIS空间插值方法(反距离权重、径向基函数、普通克里金),评价水库富营养化状态并对其空间分布特征及成因进行分析。结果表明:①普通克里金插值方法下的指数半方差模型插值精度较高。②水库富营养化主要表现为氮污染超标,有机污染较轻,磷为限制因子,在降雨集中的汛期(7-9月)水质营养状态空间差异显著。③水库整体水质呈中营养-轻富营养状态,范围为45.87~54.58,水库北岸由于沿岸畜禽养殖污染已处于轻富营养状态,南岸由于农业产生的面源污染呈现向富营养化转变的趋势,反映了水库富营养化空间分布状况,为建立有效的水库环境保护措施提供了新思路。     

流域非闭合特性对岩溶地区水文过程模拟的影响

岩溶地区通常发育有大量岩溶裂隙、管道和洞穴,构成错综复杂的地下输水网络,形成了独特的流域水循环模式。地下岩溶构造的存在会造成地下分水岭与地表分水岭的不重合,流域趋于非闭合状态。为了弄清岩溶流域非闭合特性对水文过程模拟的影响,本文以桂林岩溶地区潮田河(漓江支流)流域为研究区域,采用三水源新安江模型模拟该地区多年降雨径流过程。通过比较几组给定流域面积的模拟结果,分析了流域计算面积选取对潮田河流域水文模拟结果精度的影响,并探讨了流域非闭合特性影响下该地区的水体流动模式。研究结果表明:模型率定时,当流域计算面积由340 km~2变化至460 km~2时,NSE先增大后减小,RE值持续增大,两者在380~390 km~2时可同时达到最优;结合不同时间尺度下径流模拟精度的分析结果,给出了合理的流域计算面积,比基于地表分水岭提取的流域面积约小8.9%~11.2%,故部分水量可能通过地下岩溶构造流向邻近流域。合理的流域计算面积对潮田河流域径流模拟精度提高显著,尤其是提升了枯季径流的模拟。     

塘背河小流域植被覆盖时空动态变化及水保驱动分析

塘背河小流域位于赣南革命老区和全国第一个水土保持改革试验区腹地,是我国第一批水土保持治理试点小流域,系统、科学评估塘背河小流域水土保持生态修复成效,对赣南水土保持改革试验区建设和水土保持高效治理技术模式提炼具有重要现实意义。利用40a遥感影像数据和水土保持治理数据,基于NDVI阈值分割法,开展了塘背河小流域植被覆盖时空动态变化以及水保驱动分析。结果表明:近40年塘背河小流域植被覆盖度由1975年的22.91%已提升到2014年的86.87%,随时间呈递增趋势;在时间和空间上均有差异性,时间上主要分为植被覆盖迅速增长期(1975-1989年),植被覆盖自我修复完善期(1989-2001年)以及植被覆盖稳固发展期(2001-2014年)3个阶段,空间上分为上游原有植被自我修复区、中游人工半干预植被修复区和下游人工直接干预植被修复区3个分区;植被覆盖与水土保持工程在时间和空间上具有较好的一致性,后期水土保持政策实施以及水土保持新技术、模式的应用大大减少了植被覆盖空间上的差异性,对于植被修复具有重要的推动作用,人类大规模农林开发在植被修复研究方面,不容忽视。     

农业小流域土地利用格局变化对氮素输出的影响——以丹江口库区胡家山小流域为例

流域土地利用格局对农业非点源污染氮素输出具有重要的影响。以丹江口库区胡家山小流域为研究对象,分析2008～2016年土地利用类型变化对流域总氮输出的影响,以期为丹江口库区生态清洁小流域建设提供参考。结果表明:2008～2016年,流域出口处总氮年平均浓度从5. 13±4. 2 mg/L降低为2. 06±0. 62mg/L;总氮输出负荷由49 025 kg/a降低至21 578 kg/a,总氮输出负荷减少56. 0%。对比分析流域生态治理工程实施情况,发现坡改梯、退耕还林等水土保持治理与植被恢复措施在有效控制水土流失的同时,还在减少流域氮素输出中发挥了重要作用。经相关分析,流域内林地、耕地、居民地的空间分布格局对流域氮素输出均有影响,其中100 m河岸带范围为流域总氮负荷输出的主要区域。有效控制胡家山小流域100 m河岸带尺度的氮素流失,可显著降低流域总氮输出负荷。     

基于水生态区的黑河流域水生态健康评价研究

本文以我国西北干旱区典型内陆河流域—黑河流域为例,基于黑河流域水生态区划,以"压力-状态-响应"(PSR)模型为基础,构建了涵盖13个指标的流域水生态健康评价体系,分析评价了流域内8个水生态区的健康状况。评价表明:黑河流域水生态区中,上游区域水生态健康状况较好,中游次之,中下游极差,下游较差。主要是因为上游地区受到外在污染最轻、人为扰动相对最小;中游地区人口密度相对较大,农业活动等外在扰动相对较多;中下游地区处于荒漠地区,河流、湖库等水体缺乏;而下游地区虽然人口数量少、水体受外来污染影响较小,流域水生态健康性压力相对较轻,但来水量相对不足、水生态系统栖息地条件极为脆弱,致使水生生物栖息地安全状况较差。     

基于PCA的于桥水库富营养化因子分析

为了加强城市供水安全,保障库区饮用水质量,对于桥水库富营养状况及主要影响因素进行深入的分析.根据于桥水库库区的水质监测资料,利用主成分分析的方法对影响富营养化的监测指标如叶绿素a,总氮,总磷,氨氮,高锰酸盐指数等进行分析,10项评价指标通过主成分分析降维到4项,前4个主成分能够解释73.6％的数据内容.在主成分筛选的基础上进一步进行因子分析,并对各因子的空间分布状况进行描述,以期为于桥水库生态管理提供理论依据.结果表明:水温、pH、COD及溶解氧是影响水库水体富营养化的主要驱动因子,水库中心区域的各主成分值最高.     

龙川江水资源对气候变化的敏感性和适应性分析

龙川江流域是我国长江中上游地区极为典型的生态脆弱区,易受气候变化的影响,研究该地区的水资源脆弱性以及其应对气候变化的适应性对于该地区的水资源合理利用十分关键。从该地区水资源的时空分布规律、水利基础设施建设、水生态环境形势和应对气候变化能力4个方面,分别研究了龙川江流域水资源的脆弱性问题。并结合流域的实际情况,从水资源综合管理、水利工程设施建设、建立节水型社会、调整产业结构和依靠科技等方面,提出了提高应对气候变化能力的举措,及时为国家应对气候变化和防灾减灾提供科学支撑。