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基于生态系统服务的浙江省水生态环境分区分类管控

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生态学报 2022年第2期42卷 539-548页

作者：王飞儿郑思远杨泓蕊俞洁王一旭王浙明浙江大学环境与资源学院杭州310058 浙江省环境监测中心杭州310012 浙江省环境保护科学设计研究院杭州310007

水环境综合管理被普遍认为是促进流域可持续发展的基本手段。生态系统服务是生态系统对人类福祉和生存的直接和间接贡献,是维持与影响流域水生态环境的重要因素。随着流域空间管控日益受到重视,基于生态特征的“分区分类”管控已成为流... 详细信息

水环境综合管理被普遍认为是促进流域可持续发展的基本手段。生态系统服务是生态系统对人类福祉和生存的直接和间接贡献,是维持与影响流域水生态环境的重要因素。随着流域空间管控日益受到重视,基于生态特征的“分区分类”管控已成为流域精细化管理的重要内容。论文基于生态系统服务功能与水质关联性,采用典型对应分析(CCA)选取了土壤类型、土地利用、归一化植被指数和人口密度等4种生态特征作为水生态功能分区指标。结合流域生态特征、汇水区域和行政管理单元的空间分布,通过聚类分析及空间叠置法,将浙江省划分了10个水生态功能区和510个水环境控制单元。采用当量因子法对各控制单元的生态系统服务价值进行系统评估。结果表明2015年浙江省生态系统服务总价值为5123.7亿元,其中控制单元的生态系统服务价值范围为59.8—136.5亿元。利用K⁃means聚类方法得到了4类生态服务簇,并探讨了各类生态服务簇的服务类型、空间分布特征以及与各单元水质的关系。研究结果表明,Ⅰ类簇主要分布在西部及西南部的山地丘陵区,其面积占了全省面积的52.68%;Ⅱ类簇的占地面积最小但水域面积相对较高,主要覆盖千岛湖和钱塘江河口;Ⅲ类簇分布相对分散,主要分布在丘陵平原地区;而Ⅳ类簇主要分布在城镇较集中的平原地区。不同生态服务簇的主要生态服务类型存在明显差异,如Ⅰ类簇以原料生产、水土保持、生物多样性保护、气体调节和气候调节为主;Ⅱ类簇的主要生态服务类型为调节功能,包括气体调节、水文调节和废物处理;Ⅲ类簇和Ⅳ类簇以食物生产为主要的生态服务类型。水质特征与生态服务功能密切相关,生态服务价值越高,水体水质越好。因此根据各个生态服务簇的水质特征,将各类生态服务簇划分为保护、维持、改善、整治4种类型,并提出了不同生态服务簇内水环境控制单元的差异化管控措施,以推进浙江省水生态环境的差异化管理。

关键词：水生态功能区控制单元生态服务聚类分析分区分类

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分区分类供水管网地震易损性分析

分区分类供水管网地震易损性分析

作者：代鑫中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

随着我国城市化进程不断推进,基础设施建设不断完善,供水管网已经遍布城乡各地,城镇自来水普及率已经达到98.5%。与此同时,随着城市不断发展,供水管网负荷也随之增大,地震等致灾因素所造成的后果也随之加重。供水管网是城市生命线工程... 详细信息

随着我国城市化进程不断推进,基础设施建设不断完善,供水管网已经遍布城乡各地,城镇自来水普及率已经达到98.5%。与此同时,随着城市不断发展,供水管网负荷也随之增大,地震等致灾因素所造成的后果也随之加重。供水管网是城市生命线工程的重要组成部分,大区域城市供水管网地震灾害风险评估是进行区域地震灾害风险区划及对策制定的重要基础性工作之一。目前,国内学者针对我国供水管网给出了不同材质管道的地震易损性模型,但尚未对不同区域城市的供水管网整体进行分区分类的地震易损性研究,限制了大区域供水管网地震灾害风险评估工作的顺利实施。基于这一现状,本文利用全国七个地理分区中部分城市供水管网结构组成及规模基础资料,结合不同材质供水管道的地震易损性研究成果,对全国七个地理行政分区内的城市管网综合抗震能力进行分类,建立了 7个大区中各5个不同抗震能力类别城市供水管网的地震易损性模型,为缺少基础数据支持城市的供水管网地震灾害风险评估提供了参考地震易损性模型。论文主要完成了以下工作:(一)、收集了全国七个地理行政区域内的城市供水管网组成情况,根据《供水年鉴》中管网部分的数据,分别统计了其中所包含的城市的供水管网组成情况,统计了不同材质供水管道的长度及占比,根据已有的现役供水管道震害率模型,结合不同材质管道占比,计算出了不同城市的供水管网的平均震害率,并以此为依据,按照大致各占20%的比例,将七个地理行政区域地区内城市按供水管网抗震能力的不同分为五类。(二)、供水管道破坏处数服从离散型泊松分布,根据不同材质管道的震害率模型,结合泊松分布计算公式,得到不同地区不同抗震能力城市的地震破坏超越概率矩阵以及易损性矩阵,并且采用双参数对数正态累计分布函数对供水管网地震破坏超越概率矩阵进行拟合,得到供水管网的地震易损性曲线。(三)、采用卡方检验的方法来对本文所得到的每条易损性曲线进行检验,以验证本文所得结果的合理性。通过对比实际震害率与理论震害率之间的差异,本文所得到的易损性曲线均能通过置信率为95%的拟合优度检验。(四)、根据本文得到的供水管网地震易损性曲线,对我国不同地区不同类别城市供水管网进行地震损失率分析。本文介绍了损失率分析的传统方法以及插值算法,并最终采用地震损失率计算的传统算法对不同地区不同类别城市进行地震损失率分析,并绘制了不同地区不同类别城市供水管网的基于PGA的地震损失率曲线。

关键词：供水管网抗震能力地震易损性地震损失率分区分类

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基于主成分融合的遥感影像分区分类方法探讨

河南大学学报（自然科学版） 2007年第3期37卷 294-299页

作者：申怀飞胡楠丁圣彦李爽河南大学环境与规划学院河南开封475001 河南大学生态科学与技术研究所河南开封475001

以丹江口水库库区的典型地段为实验区,在对遥感影像进行主成分融合的基础上,采用分区分类法对影像进行分类.结果证实与传统的分类方法相比,采用该分类方法后,遥感影像的分类精度有较大幅度的提高,整幅影像的分类精度提高了近12个百分点... 详细信息

以丹江口水库库区的典型地段为实验区,在对遥感影像进行主成分融合的基础上,采用分区分类法对影像进行分类.结果证实与传统的分类方法相比,采用该分类方法后,遥感影像的分类精度有较大幅度的提高,整幅影像的分类精度提高了近12个百分点,特别是在分区效果较好的西北山地区和东南丘陵区,分类精度提高的更多,达到16个百分点左右.

关键词：主成分融合分区分类监督分类非监督分类 DEM NDVI

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黑土地分区分类保护制度实施效果评价研究

黑土地分区分类保护制度实施效果评价研究

作者：李易飞吉林大学

学位级别：硕士

我国黑土地主要分布在东北地区,是肥力最高,最具有农业生产潜力的土壤。但由于气候变化和人类的不合理开发,我国东北地区的黑土地如今面临如黑土层变薄、水土流失、土地盐碱化等问题。维护和修复吉林省黑土地,即保证了吉林省的生态环境... 详细信息

我国黑土地主要分布在东北地区,是肥力最高,最具有农业生产潜力的土壤。但由于气候变化和人类的不合理开发,我国东北地区的黑土地如今面临如黑土层变薄、水土流失、土地盐碱化等问题。维护和修复吉林省黑土地,即保证了吉林省的生态环境不受破坏,也契合了国家粮食安全和生态安全的要求。2018年,吉林省开始实施黑土地分区分类保护制度。探究此制度能否通过影响黑土地地力,进而促进吉林省农业生产,并保护当地的生态环境,对于推进我国东北地区黑土地保护法制建设具有重要意义。因此,本研究以吉林省黑土地分区分类制度为准自然实验,利用东三省30个地级市2010-2020年的面板数据,运用双重差分法和合成控制法对该制度,从维护国家粮食安全与生态安全两个角度,对吉林省黑土地地力的影响进行实证研究。研究结果发现:(1)从维护国家粮食安全的角度出发,黑土地分区分类保护制度在吉林省层面不能通过保护和修复黑土地而带来作物产量的增加,这可能是因为分区分类制度在不同地区的政策效应不同;(2)黑土地分区分类保护制度在中部地区和东部地区均无法有效提升当地的作物产量,不具有正向的政策效应;但在西部地区有效提升了当地的作物产量,具有一定的正向政策效应。结合运行机制分析,黑土地分区分类保护制度有效促进了中部地区的农业现代化水平、东部地区的水土流失治理和西部地区的盐碱地转化,并通过对西部地区培肥地力、改良盐碱地,在一定程度上增加了当地的作物产量;(3)在维护国家粮食安全的角度,黑土地分区分类保护制度在经济水平较为发达的地区存在较为显著的正面政策效应,在经济水平欠发达地区存在较为显著的负面政策效应;(4)从维护国家生态安全的角度出发,黑土地分区分类保护制度在地区层面的政策效应不同,在东部和中部地区政策效应不显著,在西部地区存在较为显著的正面政策效应。这说明在东部和中部地区,可能存在部分地级市的制度实施效果较差;(5)在维护国家生态安全的角度,黑土地分区分类制度在地级市层面的政策效应不同,对长春、四平、白山、白城、松原5个地级市自制度实施起即存在较为显著的正面政策效应,且在制度实施约1年时间后,政策效应进一步增加;对辽源、延边2个地级市在政策实施约1年后,有较为显著的正面政策效应。这说明分区分类制度因地级市的基本情况不同而存在差异化的政策效应,并存在一定的滞后效应。黑土地分区分类制度在吉林和通化两个地级市的政策效应不显著,可能是因为土地资源分布情况与其所在地区差异较大。

关键词：黑土地地力分区分类政策效应评估粮食安全生态安全

流域水环境分区分类管控体系研究——以太湖流域浙江片区为例

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流域水环境分区分类管控体系研究——以太湖流域浙江片区为例

作者：王一旭浙江大学

学位级别：硕士

流域水环境分区分类管控是实施水质目标精细化管理的重要手段。本研究以太湖流域浙江片区为研究对象,利用机器学习算法建立基于流域特征变量的水质预测模型,并对流域水质空间分布状况进行综合评估;采用空间叠置法进行多区耦合划分了水... 详细信息

流域水环境分区分类管控是实施水质目标精细化管理的重要手段。本研究以太湖流域浙江片区为研究对象,利用机器学习算法建立基于流域特征变量的水质预测模型,并对流域水质空间分布状况进行综合评估;采用空间叠置法进行多区耦合划分了水环境控制单元,对各控制单元开展差异化管控。在此基础上开发了水环境分区分类管理系统,为推动水环境信息化管理提供技术支撑。主要研究结果如下:(1)基于随机森林算法构建了流域特征-水质预测模型,其中COD、TP、TN预测模型的确定性系数R分别可达0.78、0.65和0.44。模型预测结果得到2015～2017年间全流域COD浓度范围为1.39～6.40 mg/L,TP浓度范围为0.02～0.23 mg/L,TN浓度范围为1.43～4.27 mg/L。从空间分布看,流域西部的水质显著优于流域东部,但不同污染物高浓度区域的空间分布具有差异性。采用Shapley Additive ex Planations(SHAP)方法对水质影响因子进行解析,结果表明COD和TP受农业面源和生活源的共同影响;TN主要受农业面源的影响。集约化农业是造成流域水质恶化的主要原因。多特征综合分析结果同时表明人口密度中等的城乡结合部比人口密集的城市核心区具有更强的水质恶化倾向。(2)采用自组织映射人工神经网络与K-means耦合算法对随机森林模型预测水质进行了聚类分析,在此基础上采用空间叠加分析方法开展多区耦合,最终将太湖流域浙江片区划分为104个水环境控制单元。综合评价控制单元的生态功能重要性、水环境特征以及水质驱动特征,对控制单元进行了递进式分类,将水环境控制单元识别为优先保护型控制单元22个,整治提升型控制单元26个,预防改善型控制单元15个,保护维持型控制单元41个,并对各类控制单元提出了差异化管控对策。(3)面向流域信息化管理的实际需求,采用Python语言及其WEB框架与函数库,开发了流域水环境分区分类管理系统。系统设置了多维度流域信息查询、交互式水质分析、可视化水环境控制分类管控等功能,同时设置了相应的模型工具,实现了流域管理关键信息的交互式可视化查询及对建模工作的简化。

关键词：随机森林模型分区分类多区耦合水环境控制单元聚类分析

分区分类控制,合理确定公建规模要求——集约用地背景下上海公共服务设施指标控制思路的转变

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上海城市规划 2011年第6期 102-107页

作者：程蓉上海市规划编审中心技审室

规划师的职业是对城市建设中存在的各种利益进行综合协调,充分体现维护城市公众利益。在土地集约利用的大背景下,对上海现有的公共服务设施指标是否存在不合理的现象,以及在土地供应极为紧张的条件下,如何将对独立用地需求不高的公共设... 详细信息

规划师的职业是对城市建设中存在的各种利益进行综合协调,充分体现维护城市公众利益。在土地集约利用的大背景下,对上海现有的公共服务设施指标是否存在不合理的现象,以及在土地供应极为紧张的条件下,如何将对独立用地需求不高的公共设施类型予以区分,通过综合设置与设施共享的方法,达到既不影响使用,又不形成浪费,同时对于必须保证独立用地的公共设施则严格控制用地指标,以理性分类的方法达到合理维护公众利益的目标。

关键词：集约用地公共服务设施指标分区分类

南方平原河网地区生态水量核算方法分区分类适应性研究

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南方平原河网地区生态水量核算方法分区分类适应性研究

作者：方萍华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

保障生态水量是维持河湖生态平衡和满足河湖基本功能的关键,对我国生态文明建设具有十分重要的现实意义。南方平原河网地区水资源条件丰富,但因受气候变化和不合理开发利用等自然和人类双重因素的影响,河流干旱断流、湖泊面积减小、生... 详细信息

保障生态水量是维持河湖生态平衡和满足河湖基本功能的关键,对我国生态文明建设具有十分重要的现实意义。南方平原河网地区水资源条件丰富,但因受气候变化和不合理开发利用等自然和人类双重因素的影响,河流干旱断流、湖泊面积减小、生物多样性遭到破坏等问题仍旧存在,加之当前我国南方平原河网地区在生态水量有关方面的研究存在不足,导致居民日常生活、城市生产和环境生态用水的矛盾依然严重,因此开展南方平原河网地区生态水量研究是一项重要而又紧迫的任务。本研究综述了国内外生态水量研究发展历程、生态水量的概念和内涵以及相关的核算方法;以我国南方平原河网地区为研究对象,通过明确南方平原河网地区范畴,梳理南方平原河网地区特性,探明了生态水量在南方平原河网地区的表征方式,并结合当前有关生态水量的资料,明确了南方平原河网生态水量的内涵及性质;基于“空间分区、水体分类”的理念,利用主成分分析法(PCA)进行了分区指标的筛选,借助对南方平原河网结构类别分析,构建了南方平原河网的分区分类体系;在分区分类结果的基础上,对生态水位核算方法进行了适应性研究,并进行了分区分类下生态水位核算方法的选取,探索出了一套适合我国南方平原河网地区的生态水量核算方法体系;最后,选取长江中下游地区的里下河平原河网作为南方平原河网的典型区,实现了南方平原河网地区生态水量分区分类适应性研究在里下河平原河网地区的完整应用。研究结果表明:(1)采用生态水位来表征南方平原河网地区生态水量更为合理;(2)南方平原河网可被划分为湿润地区河流类、半湿润半干旱地区河流类、湿润地区湖泊类、半湿润半干旱地区湖泊类;(3)频率曲线法、Qp法、近十年最小水位法适宜于核算湿润地区河流类和半湿润半干旱地区河流类的基本生态水位;湿周法、总体达标法、参考国家对内河航道等级的规定水深法分别适宜于湿润地区河流类维持鱼类生境生态水位、满足稀释和自净需水水位、满足航运功能水位的核算;水量损失法、最小水位法、年保证率法、变化速率法适宜于湿润地区湖泊类与半湿润半干旱地区湖泊类基本生态水位的核算;最小生物空间法适宜于湿润地区湖泊类维持鱼类生境生态水位的核算;换水周期法、物质平衡法适宜于湿润地区湖泊类满足稀释和自净需水水位的核算;暂不考虑满足航运功能水位。(4)经里下河平原河网生态水位核算方法分区分类适应性研究,认为通榆河基本生态水位推荐值为0.32m,适宜生态水位推荐值为0.68m。本研究结果有助于建立和完善南方平原河网地区生态水量研究的理论框架,为进一步确定南方平原河网地区的生态水量和水资源的合理利用提供了技术支撑。同时,该研究所探索出的适合我国南方平原河网地区生态水量核算方法体系及相关案例研究,可供南方平原河网其他流域借鉴,也可为下一阶段各流域河湖生态水位目标制定提供重要参考。

关键词：南方平原河网地区生态水量分区分类适应性研究

多层级水环境分区分类体系构建 ——以浙江省为例

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多层级水环境分区分类体系构建 ——以浙江省为例

作者：郑思远浙江大学

学位级别：硕士

水环境控制分区是建立污染源与水质响应关系、落实水环境空间管理、推行以水质目标为核心的“分区、分类、分级、分期”管控思想的重要手段,为实现流域水环境精细化管理提供技术支撑。本研究以浙江省为研究对象,通过分区指标筛选,构建... 详细信息

水环境控制分区是建立污染源与水质响应关系、落实水环境空间管理、推行以水质目标为核心的“分区、分类、分级、分期”管控思想的重要手段,为实现流域水环境精细化管理提供技术支撑。本研究以浙江省为研究对象,通过分区指标筛选,构建多层级水生态水环境分区体系,划分水生态控制区和水环境控制单元,在对各控制单元生态服务功能和环境特征识别的基础上,基于水质目标管控要求对控制单元进行分类,对不同类别的控制单元提出差异化管控对策,支撑浙江省水环境精细化管理。主要研究结果如下:(1)收集自然环境、社会经济和水环境等数据资料,结合主成分分析和相关性分析等方法筛选不同层级的分区指标,构建了浙江省水生态功能分区-水环境控制单元的多层级分区指标体系。一级水生态功能分区指标包括高程、多年平均气温和多年平均降水量;二级水生态功能分区指标包括土地利用类型、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)和人口密度;在水生态功能分区的基础上,融合八大水系的一级支流汇水区和行政边界构成一级水环境控制单元划分指标;将八大水系的二级支流汇水区、行政边界、控制断面和水环境功能区划作为二级水环境控制单元划分指标。(2)根据确定的分区指标体系,基于迭代自组织空间聚类(ISODATA)和空间叠加分析,逐级完成各类水环境分区。水生态控制区层面统筹水陆生态要素,共划分了 4个一级水生态功能分区和10个二级水生态功能分区,体现了生态特征的空间差异性。在此基础上划分得到73个一级水环境控制单元和510个二级水环境控制单元,以落实水环境精细化管理。(3)采用修正的当量因子法估算各控制单元的生态服务价值,基于K均值聚类识别了 4类生态系统服务簇,确定了各类簇的主导服务功能。Ⅰ类簇有169个控制单元,位于低山丘陵区,主导生态服务功能不突出;Ⅱ类簇有11个控制单元,以千岛湖以及钱塘江下游水域为主,以废物处理和水文调节为主导生态服务功能;Ⅲ类簇有186个控制单元,主要分布在西部山地丘陵以及西南山区,以气体调节、气候调节和维持生物多样性等为主导生态服务功能;Ⅳ类簇有144个控制单元,集中分布在北部平原、金衢盆地和东南沿海平原,以食物生产服务功能为主导。4类簇的总生态服务价值Ⅲ类簇>Ⅱ类簇>Ⅰ类簇>Ⅳ类簇。(4)控制单元水环境特征分析结果表明,水质达标单元444个,水质不达标单元66个,水质整体呈现由西向东,由南向北变差的趋势。通过污染负荷的估算,工业污染排放强度高的单元共104个,农田污染排放强度高的单元共98个,生活污染排放强度高的单元共101个,主要分布在浙北平原、金衢盆地以及浙东沿海平原等地区。(5)叠加控制单元的生态服务簇、水质分类和污染负荷强度分类,共识别了优先保护单元93个,占总面积的27.67%,主要分布在各流域的上游地区;重点管控单元202个,占总面积的25.21%,主要集中在北部平原、金衢盆地和东南沿海平原地区,其中工业污染重点管控单元79个,农田污染重点管控单元38个,生活污染重点管控单元85个。其余控制单元为一般管控单元,共计215个,占全省总面积的47.12%。(6)根据水环境控制单元的分区分类结果,以水质目标改善为导向,结合其生态环境特征,提出相应的管控对策:①优先保护单元以维持优质水质和提升生态服务功能为目标,以水源地和湿地生态保护为核心,同时控制源头区农村面源污染。②重点管控单元以改善水质为目标,以污染总量控制及削减和水生态修复为核心,推动产业结构优化升级,强化工业废水治理,提升生活污水收集处理水平,控制农田化肥氮磷流失,推进区域水生态修复。③一般管控单元以维持水质总体稳定,改善局部水质为目标,以污染预防为核心,从空间布局、污染控制和风险防范方面落实普适性治理要求。

关键词：水环境管控多层级分区分类水生态功能分区控制单元生态服务功能

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分区分类因地制宜综合改造利用盐碱地

中国土地 2023年第8期 30-32页

作者：张凤荣中国农业大学土地科学与技术学院

核心提示本文认为,盐碱地的改造和综合利用须注重分区分类和因地制宜。在有淡水资源的条件下,为获得高产稳产,可对盐碱地进行洗盐改造再种植;在淡水资源有限的条件下,可在盐分含量不高的盐碱地上种植耐盐作物;在没有淡水资源的条件下,... 详细信息

核心提示本文认为,盐碱地的改造和综合利用须注重分区分类和因地制宜。在有淡水资源的条件下,为获得高产稳产,可对盐碱地进行洗盐改造再种植;在淡水资源有限的条件下,可在盐分含量不高的盐碱地上种植耐盐作物;在没有淡水资源的条件下,则可保留盐碱地,而开发盐生植物的非食物性药用价值和景观生态价值。

关键词：盐碱地耐盐作物高产稳产盐分含量淡水资源食物性分区分类洗盐