基于耦合模型的流域污染负荷分配实例

流域污染负荷分配是实施流域精细化管理的重要措施。在指标选取过程中,为了定量描述评价指标对流域污染负荷分配的重要性,引入随机森林算法对各指标作重要性评价,依据重要性程度筛选涵盖全部影响因素的评价指标,并进一步确定各指标权重。将评价指标体系与环境基尼系数模型相结合,构建污染负荷分配耦合模型,并以清潩河流域(许昌段)为例,制定基于控制单元的COD负荷分配方案。结果表明,满足重要性评分要求的指标分别是居民人均收入、单位GDP污水产生量、工业企业水消费量、地表水资源量、控制单元面积,评分分别为13.97、9.65、8.77、5.21、1.09。依据耦合模型制定的2020年清潩河流域(许昌段)各控制单元COD负荷分配方案中,控制单元QYH-3的削减量和削减率均最大,分别为617.14t/a和30.44%。分配方案基本符合流域实际,结果较为科学合理。     

高度人工干扰流域河流环境流量分区界定研究

根据我国河流生态系统受损和水质污染的双重特点,建立了闸坝分布密集、无水文站流域的节点流量推求方法,基于分区的思想确定了不同区域环境流量的组成,构建了不同区域环境流量计算模型,并以清潩河(许昌段)流域为例进行了计算分析。环境流量以平均降水量、平均高程、地表粗糙度、土地利用强度为指标进行一级分区,以小流域坡度、河道弯曲度、水网密度、水利工程密度和小流域污染负荷等为指标进行二级分区,根据环境流量分区结果,清潩河(许昌段)流域可分为城市人工高度干扰区域和自然河道两大类型区域。城市人工高度干扰区环境流量组成包括维持稀释自净、景观娱乐、蒸发和地下水水位4种流量,自然河道区环境流量组成包括维持水生生物栖息、蒸发和地下水水位3种流量。采用河段环境流量计算模型及汇流式整合模型计算得到清潩河(许昌段)流域6个节点1—12月应保障的最小环境流量,并采用校准后的Tennant法对计算结果进行了合理性分析。     

中小河流治理水生态功能两级分区研究——以哈尔滨市蚂蚁河流域为例

面向中小河流生态治理需求,阐述了水生态功能分区的内涵,对分区指标体系的构建进行了探讨。基于Arc GIS空间分析平台,以哈尔滨市为对象,考虑气候、地形和人类活动因素,划分了哈尔滨市水生态功能一级分区。分析了蚂蚁河水生态服务功能和流域主要生态环境问题,选取径流深、坡度、地均GDP和水功能区指标,参照子流域及行政边界,划分了蚂蚁河流域水生态功能二级分区。根据水生态功能一级、二级分区结果,提出了哈尔滨市及蚂蚁河流域中小河流治理与保护方向,为该区域水陆一体化管理和生态环境综合治理提供了技术支撑。     

清潩河流域水质时空分异与评价研究

以2010~2014年清潩河流域(许昌段)国(省)控污染源自动监控的数据为依据,利用ANOVA(方差分析)对研究河段12个断面5 a监测的COD、氨氮进行时间与空间尺度上的显著差异性检验,并基于Arc GIS,分析样本的全局趋势和时空分布,进而采用综合水质标识指数法对各个监测点进行水质评价。研究结果表明:(1)指标数据存在时空差异性,可以二阶线性方程拟合,污染呈上升趋势。(2)2010~2012年水质呈恶化趋势,2012~2014年水质呈好转趋势;从上游到下游,水质呈恶化趋势。(3)2010~2014年间水质大部分处于VI级以上,人类活动密集区域水质污染最为严重,达到劣V类,流域工业结构性污染突出,整体的水环境功能较差。从流域工农业生产、人居等方面分析了清潩河(许昌段)的水体污染原因,并提出相关的水质改善建议。     

基于图论的强人工干扰流域综合连通性量化的改进方法

将交通运输学中的图论模型和景观生态学中的网络分析方法引入流域连通性优化中,提出两种适用于强人工干扰流域格网状水系综合连通性量化的改进方法:网状水系连通性指数(reticulate connectivity index,RCI)法和河网综合连通性指数(comprehensive connectivity index,CCI)法,应用于清潩河流域连通性优化。结果表明:两种方法对单一闸坝重要性的量化在趋势上具有一致性,优化后清潩河流域CCI值从现状的26.13提高至38.34,连通性改善效果显著;改进后的RCI和CCI均可用于网状水系连通性的量化及恢复。     

流域水环境多目标多部门综合管理数据库关键技术研究

流域尺度水环境综合管理数据库的设计和应用是水环境精准化管理的前提。以清潩河流域(许昌段)水环境多目标多部门综合管理数据库构建为例,针对水质、水量、水生态等管理目标,利用相关多部门基础数据,对流域尺度多目标多部门水环境数据建库的关键技术进行研究。关键技术主要包括多源海量异构的多部门数据整合技术(数据库规范设计、要素编码设计、图层及属性表设计、多目标数据库索引设计)、多部门矢量数据与栅格数据无缝拼接技术及一键入库技术等。研究结果表明:(1)利用数据整合技术,能够有效地实现海量异构数据集成化管理;(2)使用无缝拼接技术能够解决网内信息共享及数据冗余问题,实现多部门水环境信息联动共享;(3)设计一键入库技术可大大提高数据入库的效率和可靠性。通过构建流域水环境多目标多部门综合管理数据库,可实现流域水环境管理数据库建设的规范化和科学化,为许昌市水环境综合决策平台的搭建提供数据支撑。通过3个水环境管理综合决策应用系统实例,验证了数据库的实用性,可满足多目标管理、多部门信息共享的需求。     

玛纳斯河流域生态环境预警指标体系框架研究

基于玛纳斯河流域自然条件恶劣、生态平衡脆弱等问题,根据生态环境预警指标体系在生态环境预警机制的重要作用,以"压力—状态—响应"模型为理论模型,构建了玛纳斯河流域生态环境预警指标体系的基本框架。     

阿什河流域水生态评价模型与分区管控策略研究

基于"三水"统筹背景,按照"流域统筹、区域落实"的思路,对阿什河流域展开水生态评价模型与分区管控策略研究,有利于为寒地环境治理精细化智慧运维模式提供科技支撑。对阿什河流域寒冷环境各时期进行采样,基于DNA宏条形码技术对阿什河流域真核微型生物群落进行测定,研究结果表明,不同时期的流域真核微型生物群落分布和优势种群有显著差异,植物界中的真核微生物种类较多,硅藻门和金藻门丰度最高、真核动物主要为原生动物门;基于水质和水生物指标构建水生态质量评价体系,通过熵权法-层次分析法的组合方法,对寒冷环境下阿什河流域健康状态进行评价,通过对阿什河流域进行子流域划分、"自下而上"实现子流域聚类,并结合当前"河(湖)长制"等现实流域管控制度,对流域进一步细化管理做出了规划。基于SOM和K-means算法进行聚类,将21个子流域划定为3个阿什河流域水生态精准管控区域,为了能够更有效地管理阿什河流域水生态精准管控区域,分别对每个管控区域提出了一些管控建议。     

丹江口水源区三级水生态功能分区研究

水生态功能分区是实现流域水环境"分区、分级、分期和分类"管理的基础。丹江口水源区是陆地-河流-水库复合生态系统,在详细考察丹江口水源区生态环境要素的基础上,研究了不同生态功能指标间的相互影响及驱动机制。结果表明,高程、干燥度、径流深等自然因素决定了水源区的宏观经济分布格局,经济因子是影响丹江口水域水质的主要因素;在中、微观尺度上,水体营养盐水平是影响藻类、底栖动物密度和耐污种分布的主要因素,生物多样性与透明度、溶解氧的分布密切相关。在此基础上,结合国内外已有研究成果,构建了丹江口水源区一、二、三级生态功能分区指标体系,为丹江口水源区的水生态功能分区提供了依据。     

基于图论的城市河网水系连通方案优选——以清潩河许昌段为例

对于复杂河网水系来说,水系连通方案的选择决定了河道是否有效连通以及各种功能能否得以保障。为了优选最佳水系连通方案,本文以清潩河许昌段为研究对象,借助图论法构建了城市水系河网图模型;考虑多闸联合调度以及各节点水量平衡关系,并利用图模型的邻接矩阵和加权邻接矩阵来描述河网水系对水量的分配作用,进而计算整个河网水系各河段和节点的流量值;以水生态景观面积最大为优选目标,结合河网水量分配关系和水力约束建立了多闸联合调度下的水系连通方案优选模型,优选得到在不同工况下的清潩河许昌段最佳水系连通方案。结果显示,在多数连通方案下河网流量可能会超出流量限值,而优选方案下的河网流量不仅可以满足流量约束、保障河网功能需求,还可有效提高水生态景观面积。     

基于多尺度的阿什河综合整治规划探索与实践

通过分析阿什河现状及存在问题,结合哈尔滨城市发展要求,研究确定从流域、区域、河段三个尺度系统开展河流综合整治规划,在流域尺度范围,构建流域防洪减灾、水资源调控、水生态环境保护、流域综合管理四大体系的规划格局,重点解决防洪减灾能力偏低、水污染严重、水资源紧缺、水生态失衡、流域管理薄弱等问题;在区域、河段的尺度范围,按照流域总体规划格局以及哈尔滨城市空间发展战略,重点关注阿什河干流及哈尔滨市区段与两岸城市各系统之间的关系,划分河道功能和岸线功能区划,明确分区治理重点及河道分段建设模式,充分发挥河流在改善城市生态环境和空间组织的重要作用,使其成为哈尔滨东部绿色经济景观长廊。     

基于GIS的青海湖流域水生态功能分区

湖泊型水生态功能分区是以流域数字高程模型(DEM)为底图,通过水文分析划分出目标流域的自然水文单元和水系,借助流域综合调查资料确定水生态功能分区,也是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于GIS技术,将研究区7大主要河流水系图、DEM、生态系统服务价值总量图、归一化植被指数(NDVI)图、土地利用类型图等进行统一处理为栅格单元相同的栅格图,使用GS+软件计算各指标要素的空间自相关距离,从而得到各因子之间的空间自相关距离,确定青海湖流域水生态功能一二级分区主导指标和影响指标,运用ArcGIS 10.0软件中的空间叠加法对选定的指标栅格图进行模糊叠加,修正分区边界,确定青海湖流域水生态功能一级分区为8个。以青海湖流域水生态功能一级分区图为底图,在一级分区的基础上确定青海湖流域水生态功能二级分区为27个。青海湖流域水生态功能一、二级分区有助于丰富青海湖流域分异规律研究,为青海湖国家公园的建设提供理论与方法指导。     

清潩河流域水资源综合管理和决策系统

为了高效管理水资源监测的各类数据和信息,便于用户针对水污染突发事件作出快速响应,以GIS为基础平台,根据清潩河流域特定自然资源和生态环境等特点进行设计,并开发了水资源综合管理和决策系统。该系统将在线网格划分技术融入水质污染扩散的分析和模拟,实现了河流网格划分时网格点与地图的在线联动,提高了水质污染分析的时效性;系统支持多源水文信息监测,扩展了流域水质综合管理的数据类型;解决了水污染事件、水文数据、水质模型和决策者在决策过程中定位不明确的问题,实现了水污染事件的决策支持,提高了水污染突发应急事件响应的自动化程度和效率。     

基于熵权多元联系数的大沽河流域地表水环境健康评价

为合理开发利用和保护大沽河流域水资源,构建了流域地表水环境健康评价指标体系和分级标准。基于集对分析理论,考虑各评价指标等级标准边界的不确定性,建立了熵权多元联系数耦合计算模型。将该方法应用于大沽河流域,得到流域地表水环境健康评价指标联系数计算结果。结果表明:2015年大沽河流域Ⅰ区(莱西市)、Ⅱ区(平度市)、Ⅲ区(胶州市、黄岛区)、Ⅳ区(即墨市、城阳区)以及Ⅵ区(莱阳市、招远市、莱州市)的地表水环境处于"健康"状态,Ⅴ区(高密市)以及整个流域处于"亚健康"状态。青岛市大沽河综合治理工程的实施使得流域地表水环境得到较大地提高,为进一步提高整个流域的地表水环境健康水平,应针对流域开展水环境治理工作。     

水生态建设与管理技术研究进展

梳理了在全国水生态文明建设背景下,国内外关于水生态建设与管理技术的研究进展及存在的问题,总结基于城市水生态空间分区下的监测体系和评价方法,进一步分析水生态功能分区后河流、湖泊和水库的管理及修复技术,并探索提出针对水质、水量、生态环境不同的后期修复方向,形成集生态分区-监测评价-修复改善于一体的水体生态管理模式,为城市河湖水系的治理及流域管理提供参考,可有效促进水生态文明进入建设管理的新阶段。     

“一带一路”和“冰上丝绸之路”陆河联运路线沿程流域特征分析

"一带一路"和"冰上丝绸之路"可以通过陆河连接的方式相连接。从水文区划的角度看,陆河联运路线自南向北依次经过辽东半岛沿黄渤海诸河水系流域片、辽河流域、黑龙江流域和勒拿河流域,其中黑龙江流域和勒拿河流域是路线沿程流域中两个重要的流域水系分区。经分析得出主要结论:(1)松花江水系、阿尔丹河水系是黑龙江流域和勒拿河流域中最大的水系分区;(2)陆河联运路线在黑龙江流域内主要以过公路、铁路的陆路运输方式,在勒拿河流域内,雅库茨克市至北冰洋季克西港主要以勒拿河为航运运输;(3)黑龙江流域内的陆路运输受外界影响较小,在勒拿河流域内勒拿河航运运输受外界影响较大,且不能实现全年通航。     

生态承载力理论在流域水电梯级开发规划环评中的应用

通过建立流域生态承载力指标体系,确定指标权重及评价标准,构建了流域水电梯级开发规划环境影响评价的生态承载力计量模型,并以贵州省坝王河流域为例,对不同规划方案情景下的流域生态环境影响进行了评价.结果表明:评价的5个方案(包括零方案)情景中,规划的4个方案情景下的坝王河流域生态承载力指数(水平)均较零方案情景高,其中方案4...     

分布式水文模型EasyDHM在玛纳斯河流域径流模拟中的应用

玛纳斯河流域作为新疆干旱区典型的内陆河流域,其年径流量主要来源于高山区融雪径流。掌握该流域的径流变化规律,对探讨该地区气候、水文及水资源、生态环境之间的联系以及预测未来山区径流的变化规律具有重要意义。以玛纳斯河流域作为研究对象,基于分布式水文模型EasyDHM(Easy Distributed Hydrological Model),利用DEM、实测河网、土壤、土地利用及水文气象数据构建玛纳斯河流域分布式水文模型研究该流域径流过程。通过模型参数率定及验证发现,该模型精度较高,验证期内各站点纳什效率系数均在0.75以上,说明EasyDHM分布式水文模型的泛化能力较好,可应用于该流域的水雨情势分析,为预防和减轻春季融雪型洪水灾害提供了理论依据。     

流域环境流量管理分区方法研究——以浑河流域为例

环境流量管理分区对识别流域各地区的环境流量管理要求,合理配置河流环境流量,协调社会-生态竞争性用水具有重大意义。本文结合管理结构体系,统筹考虑社会-自然两大属性,构建流域分区指标体系;利用聚类分析算法以及布尔运算法结合指标体系对管理流域进行划分,建立了一种区划管理分区的方法。以浑河流域为例,按划分方法将浑河流域划分为5个环境流量管理分区。结果表明:分区方法切实可行,利于简化流域整体管理复杂程度;每个分区具有独立完整的管理结构体系;环境流量管理分区特征鲜明,利于各区管理目标的制定。     

水生态功能分区研究

总结陆地生态系统的生态功能分区的基本功能,通过分析水生态系统功能的概念,指出水生态功能分区研究应重视流域水生态系统功能的机制研究、尺度问题和人类活动影响,并在对比分析相关区划方案的基础上,提出了流域水生态功能区划分区指标体系的构想。