三生空间视角下大夏河流域水生态安全评价与预测

为了解三生空间视角下甘肃省大夏河流域水生态安全现状及其变化趋势,建立基于压力-状态-响应(PSR)模型的三生空间理念水生态安全评价指标体系。在运用熵值法和综合指数法评价水生态安全的基础上,进一步采用灰色GM(1,1)模型预测未来大夏河流域水生态安全状况。结果表明：2007—2012年水生态安全等级处于Ⅳ级(风险级),2013—2018年水生态安全等级处于Ⅲ级(敏感级),2019年水生态安全等级处于Ⅱ级(良好级),总体呈现稳定上升趋势。三生空间中生产空间对大夏河流域水生态安全的影响程度最大,其次是生态空间和生活空间;压力指数变化呈现“V”字型,状态指数变化呈波动上升趋势,响应指数变化趋势较不稳定;预测在2023年水生态安全水平将进入安全级,并保持逐年上升趋势。     

基于MRSEDI与CA-Markov的延河流域生态环境质量评价及预测

为探索快速准确评价和预测生态环境质量的普适方法，以延河流域为例，采用1998年、2004年、2010年、2016年6—9月的Landsat TM/OLI遥感影像数据，选取土壤侵蚀指数SEI、建筑裸土指数NDSI、湿度指数WI、植被指数NDVI计算改进型遥感生态距离指数MRSEDI,对1998—2016年生态环境质量进行评价，并采用CA-Markov模型对生态环境质量进行模拟预测。结果表明：(1)改进型遥感生态距离指数MRSEDI能够综合多指标信息、较为准确地反映延河流域生态环境状况，可作为生态环境质量评价的指标；CA-Markov模型兼具CA模型模拟复杂系统空间变化的能力和Markov模型长期预测的功能，可用于模拟预测流域生态环境质量。(2)延河流域生态环境质量在空间上具有西北低、东南高的特征，1998—2016年负向指标SEI和NDSI均呈下降趋势、正向指标WI和NDVI均呈上升趋势，MRSEDI流域均值从0.873提高到1.376,流域生态环境质量整体上明显上升，但存在局部生态环境质量退化现象。(3)未来延河流域生态环境质量将整体持续上升，但流域北部和中部生态环境极度脆弱区生态环境...     

基于气候变化情景的汉江流域景观生态风险变化模拟

景观生态风险评估是识别生态系统脆弱地区并进行重点治理的必要手段。现有方法多采用土地利用变化数据进行生态风险分析,在多因素综合评估方面尚有欠缺,尤其是难以将气候变化和社会经济发展相结合预测气候变化情景下景观生态风险演变。针对此问题,耦合传统景观生态风险评估模型与深度学习模型,构建多因素影响下生态景观风险的预测模型,并模拟汉江流域景观生态风险变化。结果表明：(1)起点期（2000—2015年）情景下,汉江流域较高生态风险等级主要连片集中在丹江口下游地区;(2)SSP370和SSP585情景下均主要以较高生态风险等级为主,比较连片集中分布在丹江口以下区域;(3)SSP370和SSP585情景下汉江流域内高生态风险等级面积在2042年显著增加,其中SSP370情景下的高生态风险等级的面积平均每10 a增加14.58%。研究提出的多因素景观生态风险预测方法可为气候变化条件下流域的生态风险评估和相关生态补偿政策的制定提供借鉴。     

辽宁省水资源生态足迹时空特征及其影响因素分析

基于水资源生态足迹模型,结合水资源生态承载力和生态盈亏指数,讨论了辽宁省人均水资源生态足迹的时空特征,并采用 LMDI模型对辽宁省2010—2019年水资源生态足迹变化的影响因素进行分析。结果表明:①辽宁省人均水资源生态足迹在时间变化上较稳定,各用水账户占比大小依次为农业、工业、生活和生态环境用水;在空间分布上呈现出较大差异,仅丹东市、铁岭市、鞍山市、本溪市和葫芦岛市为生态盈余状态,其他行政区均出现不同程度的生态赤字,盘锦市最为严重,水资源生态状况也较差;②在辽宁省及各行政区人均水资源生态足迹的构成上,除本溪市为工业用水占比最高以外,辽宁省与其他各市都以农业用水为主,其次为工业用水,生活用水和生态环境用水占比较低但均有小幅提升;③通过因素分解得出经济因素是推进水资源生态足迹增长的主导因素,结构因素和人口因素对生态足迹变化的影响比较小,技术因素有效抑制了水资源生态足迹的快速增长。     

郑州邙山近十年生态脆弱性变化影响分析

郑州邙山是郑州西北部重要的生态屏障，是黄河流域郑州段生态保护的核心地带。采用SRP模型，以生态敏感性、恢复力和压力度为准则层，从地形、地表、气象、植被、社会经济要素中选择9个评价指标，利用主成分分析法，对黄河郑州邙山2010年、2015年、2020年生态脆弱性进行综合量化评估和分等定级，并对其生态脆弱性变化及影响因素进行了分析，结果表明：水土保持生态建设与保护工程实施效果显著，郑州邙山生态脆弱性规范化指数从2010年0.35下降到2020年0.28,生态脆弱性规范化指数的平均值为0.30,总体轻度脆弱，重度脆弱和极度脆弱面积较小且分布集中。     

叶尔羌河平原绿洲生态安全评价及影响因子分析

为了解叶尔羌河平原绿洲生态安全状况及发展变化特征,明确其生态安全当前面临的主要问题及影响因素,文章运用PSR模型,选取24个指标构建了生态安全评价指标体系,综合评价并分析其生态安全变化趋势,进行影响因子分析。研究表明:叶尔羌河平原绿洲的生态安全状况逐年好转,评价结果将为叶尔羌河平原绿洲生态建设、管理以及可持续发展提供科学的参考依据。     

阿克苏地区水资源承载力变化及驱动力生态脆弱性分析

以塔里木河源流区阿克苏地区为研究对象,分析区域水资源承载力变化及引起变化的驱动力因素。采用主成分分析法分析了2004-2014年水资源承载力水平,提取了社会经济和生态2个系统的主成分,并进一步选取生态脆弱性作为生态评估指标,采用模糊层次分析对驱动力生态环境的动态变化进行了分析。结果表明:自2004年到2014年,阿克苏地区的水资源承载力总体呈下降趋势,承载F值从-2.99增加到4.69,人口与GDP、生态用水率是承载力变化的主要驱动因素;生态系统的脆弱度整体呈上升态势,生态脆弱性由Ⅰ级的轻度脆弱区上升至Ⅲ级强度区,其中森林覆盖率和垦殖率影响因子为分别0.29和0.12,通过调整可降低生态破坏程度以增加水资源的可持续性。     

长江经济带水资源生态足迹时空分析及预测

基于生态足迹模型测算长江经济带及其各个省(市)的人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力以及人均水资源生态盈亏,并运用灰色神经网络模型预测2016-2025年的发展趋势。研究结果表明:从时间趋势来看,长江经济带人均水资源生态足迹呈现先上升后趋于平稳的变化趋势,生态承载未出现超载现象,人均水资源生态足迹和水资源生态承载力均有较大时间上波动;从空间差异来看,人均水资源生态足迹的年均值总体呈现上游高下游低的空间分布特征(浙江省除外),人均水资源生态承载力的年均值受自然因素影响呈现明显的空间变化差异;从预测结果来看,人均水资源生态足迹有较大下降的为上海、浙江和湖南,水资源可持续利用状况不容乐观的有江苏、重庆以及云南。     

生态足迹模型优化的水资源承载力评价与预测

生态足迹理论已广泛应用于衡量地区资源可持续利用水平研究。通过提出万元工业增加值水资源生态足迹,及采用指数平滑模型对水资源生态压力指数进行预测,丰富水资源生态足迹指标,进而优化生态足迹模型。以杭州市河口地区为例,构建水资源生态足迹模型,计算2004—2019年杭州市河口地区水资源承载力指标,采用指数平滑模型,对2020—2025年水资源生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行预测。结果表明:2004—2019年总水资源生态足迹为3.25～4.22 Mhm~2,且总体较稳定;年总水资源生态承载力较为波动,为3.02～9.33 Mhm~2;生态盈余和生态压力指数变化趋势与生态承载力基本相同。万元GDP水资源生态足迹和万元工业增加值生态足迹变化趋势基本为逐年递减。从预测结果看,2020—2025年人均水资源生态足迹、生态压力指数均呈下降趋势,2020年人均生态承载力略有升高。     

基于DPSIR概念框架的水生态安全动态评价

基于DPSIR概念,综合考虑水生态安全的不确定性因素和系统的动态变化,建立了水生态安全评价的DPSIR框架及相应指标体系,将多元联系数与马尔科夫链随机模型进行耦合,构建了水生态安全动态评价模型。运用该模型对东营市1993—2011年共19个年份的水生态安全状况进行了评价,并分析了安全等级的时序演进趋势。结果表明:东营市水生态安全整体处于相对不安全或不安全等级,未来水生态安全稳态等级仍为相对不安全。     

基于改进灰色模型的河南省水生态足迹分析与预测

结合残差灰色-马尔可夫耦合模型,预测河南省2016年～2025年的水生态足迹和水生态承载力。结果表明,河南省水生态足迹的变化由水质生态足迹决定,水生态承载力的变化与降雨量密切相关。2005年～2015年间,河南省水生态足迹呈下降趋势,从最高值4.535亿hm~2下降至最低值3.647亿hm~2;水生态承载力变化幅度不大,多年平均值为0.18亿hm~2;该省一直处于水生态赤字状态,水资源负载指数除2005年外均为Ⅰ级,面临严峻的水资源短缺问题。预测结果显示,2016年～2025年河南省水生态赤字呈下降趋势,但赤字程度仍然很大,水生态安全状况不容乐观。     

生态敏感区景观安全评价与时空变化研究——以湖北省十堰市为例

以中部生态敏感脆弱区十堰市为研究对象,综合运用GIS技术和景观生态学方法,对研究区进行了景观类型变化特征的分析,并选取与人为干扰密切相关的破碎度、多样性指数、分维数和分离度作为评价指标,构建区域景观生态安全评价模型,对该区域生态安全进行了综合评价与时空变化分析,最后探讨了其变化的驱动因素。结果表明:研究区内景观类型以林地和耕地为主,而其中又以林地为优势景观;各景观之间的相互转换都比较频繁,其中又以耕地和林地两者之间的转换幅度最大;十堰市的景观生态安全整体处于较高的水平,但在空间分布上差异很大;十堰市近20 a来景观生态安全有所变化,且变化的时空差异较大;景观类型变化、经济发展和土地整治政策等共同驱动了研究区景观生态安全变化。研究成果可为该区域土地资源管理、生态环境保护和可持续发展提供参考。     

基于GIS的黄河北干流岸线土地利用变化分析

河岸带是水陆交错带,资源十分宝贵,其质量关系到陆地及河流两者的生态状况,黄河流域岸线资源更为宝贵,为摸清其土地利用时空变化规律,以黄河北干流岸线为研究区域,采用GIS手段分析了黄河大北干流岸线利用需求较为迫切的河曲—准格尔旗(河准段)与府谷—保德(府保段)两段河道和小北干流岸线土地利用时空变化情况,然后结合土地利用变化转移矩阵,利用马尔柯夫模型分别对其土地利用结构进行预测。分析可知,北干流岸线多年间土地利用在耕地、水域和建筑用地之间转化相对剧烈,其中大部分区域耕地、建筑用地呈增长态势,水域呈减少态势。原因可能是随着北干流岸线区域经济发展,工业化、城镇化进程加快,建筑用地、耕地需求增加。利用马尔柯夫模型对北干流岸线土地利用结构的预测结果表明,随着经济社会的持续发展,沿河人民拓宽生存空间的需求会持续增长,北干流岸线将逐渐形成以耕地、建筑用地和水域为主的布局形式。     

黄土高塬沟壑区绿水对土地利用和气候变化的响应研究——以南小河沟流域为例

黄土高原地区生态环境脆弱,水资源十分匮乏,生产、生活和生态用水受到严重威胁。本文选择黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域为研究对象,分别采用水量平衡法和Zhang模型法评价了该流域1954—2012年的绿水资源量,利用Mann-Kendall统计检验法对年绿水量进行了趋势分析和突变点检验,并探讨了绿水对土地利用和气候变化的响应规律,定量评价了两者变化对绿水的影响。结果表明:与水量平衡法相比,Zhang模型法的拟合结果较好,流域多年绿水资源量为443.2 mm,年绿水量呈不显著的下降趋势,突变时间发生在1978年;各土地利用类型绿水的年际变化不均,其中林地绿水量最大,草地次之,建筑用地最小;气候变化对绿水的影响中,降水是影响绿水的主要限制因素;根据情景分析法的计算结果,1954—2012年期间气候因素和土地利用因素对绿水变化的贡献率分别为123.6%和-23.6%,分离评判法的计算结果为137.7%和-37.7%,因此气候变化对绿水的影响要远大于土地利用变化,而林地面积增加是土地利用变化使绿水量增加的原因。该研究可为黄土高原区域生态环境恢复、区域水资源规划管理提供合理有效的理论依据。     

贵州省水资源脆弱性时空变化特征分析

对水资源脆弱性的时空变化分析可为水资源的规划管理、缓解水资源脆弱程度提供重要依据。通过压力－状态－响应模型,用组合权重法分析贵州省2004-2017年的水资源脆弱状况。结果表明：2004-2017年间贵州省水资源脆弱指数总体呈波动下降的趋势,全省脆弱指数平均值为0.486,属于中度脆弱;基于PSR模型计算结果为：压力指数＞状态指数＞响应指数;脆弱指数存在明显的空间差异性,各市（州）面临的水资源脆弱性问题仍十分严峻;导致全省脆弱指数部分地区偏高的原因主要是水资源面临的压力过大,现阶段水环境状况较差;废污水排放总量、农用化肥施用量、降雨量和水资源总量是影响全省水资源脆弱性的重要因素。总体而言,贵州省水资源属于中度脆弱,脆弱性空间差异明显,水资源脆弱性的形势较为严峻。因此,研究贵州省水资源脆弱性可为贵州水资源的保护和管理提供理论依据,也为喀斯特地区水资源脆弱性的探索提供参考。     

小浪底水库库区流域生态脆弱性研究

从研究小浪底水库库区流域生态环境状况入手,研究了库区8县、市生态环境脆弱性5个方面的影响因素,确定了13个评价指标：利用层次分析法,得到评价指标对应的相对权重,并通过一定的评价模型得出各个评价单元相应的生态环境脆弱性量化值。评价结果将其生态环境分为5类：极端脆弱区(济源市)、严重脆弱区（陕县、新安、夏县和平陆）、中度脆弱区、轻度脆弱区（垣曲市）,潜在脆弱区（渑池和孟津）。生态脆弱性指数排序为济源>陕县>新安>(夏县, 平陆) >垣曲>孟津>渑池。     

基于系统动力学模型的南渡江流域水资源脆弱性评价

水资源安全影响区域社会经济的健康发展,全球气候变化与人类活动已对流域水资源安全造成巨大压力。建立水资源、水环境及社会经济系统动力学(SD)模型,以层次分析法构建水资源脆弱性评价指标体系与评价标准,设置常规、技术革新型、经济优先型以及综合发展4种模式,采用综合指数加权法对2010—2035年南渡江流域水资源脆弱性进行评价预测并探究水资源脆弱性成因及机理。结果表明:各产业生产用水、城乡用水、GDP增长率与流域水资源脆弱度呈正相关,污水处理率、三产/工业比例与其呈负相关;4种情景都经历中等、轻微和不脆弱3个阶段,整体脆弱度呈现下降趋势,且情景3、情景1、情景2、情景4下降幅度依次增加;情景3整体脆弱度最高,均值为43.81,情景4整体脆弱度最低,均值为33.48;综合发展模式最适合南渡江流域健康发展。     

2000—2020年黄河下游河岸带生态系统服务价值与碳储分析

为了促进黄河下游生态脆弱河岸带土地资源的合理配置,助力河岸带生态可持续发展,采用野外调查、ArcGIS、InVEST模型、当量因子法等方法,通过分析2000—2020年黄河下游河岸带土地利用动态变化,揭示其生态系统服务总价值（ESV）和碳储量（C_t）的变化。结果表明：2000—2020年黄河下游河岸带湿地和建设用地面积持续增加,湿地主要来源于耕地和水域,建设用地主要来源于耕地;耕地和建设用地面积占比随着距河道距离的增大而增大,而草地面积占比随着距河道距离的增大而减小,林地面积占比随河道距离变化不明显,2000—2010年湿地面积占比随河道距离减少,而2010—2020年远岸湿地增加,且主要位于距河道200~500 m区间。2000—2020年,黄河下游河岸带ESV呈先增加后减少的变化趋势。其中,水域对ESV的贡献率最大,湿地次之,耕地、林地和草地的贡献率低,且不稳定。2000—2020年,黄河下游河岸带碳储量逐渐提高,湿地碳储量逐渐上升,然而林地、草地和水域碳汇能力则先增加后降低。水沙状况、人类活动以及国家政策是影响黄河下游河岸带生态系统服务价值与碳储量的重要因素。为减缓黄河下游人为调水调沙引发的河岸带生态功能减退,亟待提升湿地质量,适当退耕还林、还草和还水,以提高河岸带生态系统的服务价值和碳储量。     

水资源生态足迹时空变化特征及驱动因素分析

为了探明地区水资源状况，以西北地区陕西省为例，基于水资源生态足迹模型，对水资源压力状况、开发利用效率和生态经济协调性进行分析，并采用LMDI模型，分析水资源生态足迹变化的影响因素。结果表明：(1)研究区人均水资源生态足迹年际变化较小，呈小幅增长态势，农业用水账户对水资源生态足迹贡献最大。(2)水资源生态承载力与水资源生态盈亏密切相关，多数地区呈生态赤字状况，水资源生态经济协调指数显示地区生态安全性较低。(3)经济效应对水资源生态足迹的增长有促进作用；相反，技术效应可起到抑制作用。研究成果可为陕西省因地制宜制定区域水资源管理政策提供参考。     

加权平均集成神经网络模型在城市需水预测中的应用

针对单一神经网络模型预测误差波动大、精度不高等问题,提出基于SVM、BP和Elman神经网络基本模型的加权平均集成需水预测模型。首先,利用相关分析和ADF单位根检验,选取需水预测主要影响因子。为避免模型过度拟合,引入虚拟维,并针对BP、Elman神经网络标准算法收敛速度慢、易陷入局部极值的不足,采用自适应动量算法改进BP和Elman神经网络标准算法,依次构建SVM、BP和Elman需水预测单一模型,并对上海市2002—2011年需水量进行预测;最后,基于加权平均方法对各单一模型预测结果进行综合集成。结果表明:利用加权平均集成模型对上海市2002—2011年需水量进行预测的平均相对误差绝对值为1.8004％,最大相对误差绝对值为3.6995％,精度和泛化能力均大幅优于各单一模型。说明本研究建立的加权平均集成模型用于需水预测是合理可行和有效的,它综合了各单一模型的优点,有效避免了单一模型预测误差过大和不稳定的缺点,具有预测精度高、泛化能力强、误差变化幅度不大等特点。