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湖泊型流域水生態系統研究及管理 版權信息
- ISBN：9787030690593
- 條形碼：9787030690593 ; 978-7-03-069059-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
湖泊型流域水生態系統研究及管理 本書特色
適讀人群 ：流域水文學、生態學、環境學、地理學等專業的管理部門、科研院所、高等院校和相關機構的科研人員本書可供流域水文學、生態學、環境學、地理學等專業的管理部門、科研院所、高等院校和相關機構的科研人員閱讀和參考。
湖泊型流域水生態系統研究及管理 內容簡介
本書介紹了湖泊型流域的概念、尺度和空間格局，湖泊型流域的過程，以及湖泊型流域的生態服務功能；闡述了湖泊型流域水生態功能分區的方法，并以巢湖流域和太湖流域為例，說明了分區的具體過程；構建了湖泊型流域水生態健康評價體系，分析了水生生物狀態的驅動機制，并以巢湖流域和太湖流域為例，具體說明在分區的基礎上進行水生態健康評價的過程；以潼湖流域為例，說明了湖泊型流域水生態管理的方法。
湖泊型流域水生態系統研究及管理 目錄
目錄
前言
第1章 湖泊型流域的概念、尺度和空間格局 1
1.1 湖泊型流域的概念與尺度 1
1.1.1 湖泊型流域的概念 1
1.1.2 湖泊型流域的尺度 2
1.2 湖泊型流域的空間格局 3
1.2.1 地形地貌格局 3
1.2.2 水文及氣候格局 5
1.2.3 土壤及植被格局 8
1.2.4 水系格局 9
1.2.5 水環境格局 10
1.2.6 水生態系統格局 18
1.2.7 社會經濟格局 21
參考文獻 32
第2章 湖泊型流域的過程 34
2.1 湖泊型流域的水文過程 34
2.1.1 概念模型 34
2.1.2 數學方程 35
2.1.3 應用案例 37
2.2 湖泊型流域的營養物質遷移過程 44
2.2.1 概念模型 44
2.2.2 數學方程 44
2.2.3 應用案例 49
2.3 湖泊型流域的水生態過程 52
2.3.1 概念模型 52
2.3.2 數學方程 53
2.3.3 應用案例 56
參考文獻 67
第3章 湖泊型流域的生態服務功能 69
3.1 湖泊型流域生態服務功能的類型 69
3.2 湖泊型流域生態系統服務功能評估 71
3.2.1 研究區 72
3.2.2 資料收集 72
3.2.3 土地利用變化分析 73
3.2.4 生態系統服務價值估算 74
3.3 景觀格局對服務功能的影響 80
3.3.1 資料收集 81
3.3.2 景觀格局指數分析 82
3.3.3 生態系統服務價值估算 85
3.3.4 景觀格局指數與生態系統服務價值的關系 88
參考文獻 91
第4章 湖泊型流域水生態功能分區 97
4.1 水生態功能分區研究的意義 97
4.2 湖泊型流域水生態功能分區內涵 98
4.3 湖泊型流域水生態功能分區等級 99
4.4 湖泊型流域水生態功能分區原則 99
4.5 湖泊型流域水生態功能分區指標體系 101
4.6 湖泊型流域水生態功能分區技術流程 101
4.6.1 一至三級分區技術流程 102
4.6.2 四級分區技術流程 102
4.7 湖泊型流域水生態功能分區關鍵技術 104
4.7.1 分區基本單元確定技術 104
4.7.2 分區指標篩選技術 104
4.7.3 分區指標空間離散技術 105
4.7.4 分區指標空間聚類技術 105
4.7.5 分區結果驗證技術 105
4.8 分區實例 106
4.8.1 巢湖流域水生態功能分區 106
4.8.2 太湖流域水生態功能分區 108
參考文獻 112
第5章 湖泊型流域水生態健康評價 113
5.1 水生態健康內涵 113
5.1.1 河流水生態系統健康 114
5.1.2 湖泊水生態系統健康 115
5.2 評價指標篩選 116
5.2.1 完整性指標備選參數 116
5.2.2 參數篩選方法 119
5.3 水生態健康參考狀態確定 120
5.3.1 河流及溪流水生態健康參考狀態確定 120
5.3.2 湖泊水生態健康參考狀態確定 121
5.4 水生態健康評價方法及等級 121
5.4.1 水生態健康評價指標體系 121
5.4.2 水生態健康評價方法 122
5.4.3 指標篩選與驗證 128
5.4.4 水生態健康狀態等級 128
5.5 湖泊型流域水生態健康評價案例 129
5.5.1 巢湖流域水生態功能區水生態健康 129
5.5.2 太湖流域水生態功能區水生態健康 151
參考文獻 173
第6章 湖泊型流域水生生物狀態的驅動機制 176
6.1 底棲動物與環境因子的關系 176
6.1.1 巢湖流域 176
6.1.2 太湖流域 182
6.2 B-IBI對理化環境因子的響應 187
6.2.1 巢湖流域 187
6.2.2 太湖流域 189
6.3 B-IBI與水質理化因子分類回歸樹分析 193
6.3.1 巢湖流域 193
6.3.2 太湖流域 198
參考文獻 204
第7章 湖泊型流域水生態管理 205
7.1 流域概況 205
7.1.1 自然地理 205
7.1.2 社會經濟 207
7.1.3 水環境和水生態 209
7.2 污染負荷 210
7.2.1 工業污染 210
7.2.2 城鎮生活污染 210
7.2.3 農業面源污染 210
7.2.4 農村生活污染 211
7.2.5 養殖業污染 211
7.2.6 污染物入河量及入湖量 213
7.3 水環境治理目標和削減方案 213
7.3.1 規劃目標 213
7.3.2 河流水環境容量 214
7.3.3 湖泊水環境容量 215
7.3.4 污染物削減量預測 216
7.3.5 水生態功能區劃 217
7.4 水生態管理 219
7.4.1 點源污染治理 219
7.4.2 農業污染治理 221
7.4.3 河流污染治理與生態修復 223
7.4.4 濕地生態保護與修復 225
參考文獻 233
前言
第1章 湖泊型流域的概念、尺度和空間格局 1
1.1 湖泊型流域的概念與尺度 1
1.1.1 湖泊型流域的概念 1
1.1.2 湖泊型流域的尺度 2
1.2 湖泊型流域的空間格局 3
1.2.1 地形地貌格局 3
1.2.2 水文及氣候格局 5
1.2.3 土壤及植被格局 8
1.2.4 水系格局 9
1.2.5 水環境格局 10
1.2.6 水生態系統格局 18
1.2.7 社會經濟格局 21
參考文獻 32
第2章 湖泊型流域的過程 34
2.1 湖泊型流域的水文過程 34
2.1.1 概念模型 34
2.1.2 數學方程 35
2.1.3 應用案例 37
2.2 湖泊型流域的營養物質遷移過程 44
2.2.1 概念模型 44
2.2.2 數學方程 44
2.2.3 應用案例 49
2.3 湖泊型流域的水生態過程 52
2.3.1 概念模型 52
2.3.2 數學方程 53
2.3.3 應用案例 56
參考文獻 67
第3章 湖泊型流域的生態服務功能 69
3.1 湖泊型流域生態服務功能的類型 69
3.2 湖泊型流域生態系統服務功能評估 71
3.2.1 研究區 72
3.2.2 資料收集 72
3.2.3 土地利用變化分析 73
3.2.4 生態系統服務價值估算 74
3.3 景觀格局對服務功能的影響 80
3.3.1 資料收集 81
3.3.2 景觀格局指數分析 82
3.3.3 生態系統服務價值估算 85
3.3.4 景觀格局指數與生態系統服務價值的關系 88
參考文獻 91
第4章 湖泊型流域水生態功能分區 97
4.1 水生態功能分區研究的意義 97
4.2 湖泊型流域水生態功能分區內涵 98
4.3 湖泊型流域水生態功能分區等級 99
4.4 湖泊型流域水生態功能分區原則 99
4.5 湖泊型流域水生態功能分區指標體系 101
4.6 湖泊型流域水生態功能分區技術流程 101
4.6.1 一至三級分區技術流程 102
4.6.2 四級分區技術流程 102
4.7 湖泊型流域水生態功能分區關鍵技術 104
4.7.1 分區基本單元確定技術 104
4.7.2 分區指標篩選技術 104
4.7.3 分區指標空間離散技術 105
4.7.4 分區指標空間聚類技術 105
4.7.5 分區結果驗證技術 105
4.8 分區實例 106
4.8.1 巢湖流域水生態功能分區 106
4.8.2 太湖流域水生態功能分區 108
參考文獻 112
第5章 湖泊型流域水生態健康評價 113
5.1 水生態健康內涵 113
5.1.1 河流水生態系統健康 114
5.1.2 湖泊水生態系統健康 115
5.2 評價指標篩選 116
5.2.1 完整性指標備選參數 116
5.2.2 參數篩選方法 119
5.3 水生態健康參考狀態確定 120
5.3.1 河流及溪流水生態健康參考狀態確定 120
5.3.2 湖泊水生態健康參考狀態確定 121
5.4 水生態健康評價方法及等級 121
5.4.1 水生態健康評價指標體系 121
5.4.2 水生態健康評價方法 122
5.4.3 指標篩選與驗證 128
5.4.4 水生態健康狀態等級 128
5.5 湖泊型流域水生態健康評價案例 129
5.5.1 巢湖流域水生態功能區水生態健康 129
5.5.2 太湖流域水生態功能區水生態健康 151
參考文獻 173
第6章 湖泊型流域水生生物狀態的驅動機制 176
6.1 底棲動物與環境因子的關系 176
6.1.1 巢湖流域 176
6.1.2 太湖流域 182
6.2 B-IBI對理化環境因子的響應 187
6.2.1 巢湖流域 187
6.2.2 太湖流域 189
6.3 B-IBI與水質理化因子分類回歸樹分析 193
6.3.1 巢湖流域 193
6.3.2 太湖流域 198
參考文獻 204
第7章 湖泊型流域水生態管理 205
7.1 流域概況 205
7.1.1 自然地理 205
7.1.2 社會經濟 207
7.1.3 水環境和水生態 209
7.2 污染負荷 210
7.2.1 工業污染 210
7.2.2 城鎮生活污染 210
7.2.3 農業面源污染 210
7.2.4 農村生活污染 211
7.2.5 養殖業污染 211
7.2.6 污染物入河量及入湖量 213
7.3 水環境治理目標和削減方案 213
7.3.1 規劃目標 213
7.3.2 河流水環境容量 214
7.3.3 湖泊水環境容量 215
7.3.4 污染物削減量預測 216
7.3.5 水生態功能區劃 217
7.4 水生態管理 219
7.4.1 點源污染治理 219
7.4.2 農業污染治理 221
7.4.3 河流污染治理與生態修復 223
7.4.4 濕地生態保護與修復 225
參考文獻 233
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湖泊型流域水生態系統研究及管理 節選
第1章 湖泊型流域的概念、尺度和空間格局 1.1 湖泊型流域的概念與尺度 1.1.1 湖泊型流域的概念 流域是由地表水與地下水分水嶺所包圍的河流或湖泊的地面集水區和地下集水區的總和，包括以分水嶺為界的一個河流或湖泊的所有水系所覆蓋的區域，以及由水系構成的集水區。如果地面集水區和地下集水區相重合，則稱為閉合流域；如果不重合，則稱為非閉合流域。習慣上將地表水的集水區稱為流域。流域內水文現象與流域特性有密切關系。 依據河流流入終點的不同，可將流域劃分為河流型流域和湖泊型流域。河流型流域是以河流為核心的流域，湖泊型流域是以湖泊為核心的流域。我國湖泊眾多，湖泊型流域是我國流域的重要類型之一。 湖泊型流域示意圖見圖1-1。湖泊型流域的空間結構特征主要表現為圈層結構，這是與河流型流域在空間結構上的主要差異。具體到流域對象上，如水系、水量、水質、水生物、地形地貌、降水、氣溫等要素一般都表現出圈層性的湖泊型流域特征。在空間結構上，湖泊型流域主要表現為“山丘—丘陵區—山前區—平原河網湖蕩區—入湖河口區（湖濱帶）—湖體”的圈層結構特征（高俊峰等，2019）。 圖1-1 湖泊型流域示意圖 1.1.2 湖泊型流域的尺度 尺度是地學研究的關鍵和核心，決定著生態系統的結構、功能和過程。在不同尺度上，生態功能所面臨的問題和解決方法有很大的區別（Bailey，2014，2009；呂一河和傅伯杰，2001）；影響水生態功能的主要因子不一樣；在一個尺度得到的結果和解釋，在另一個尺度里可能不合適甚至錯誤（Golden and Hoghooghi，2018；Quinn，2002；Fisher，1994），尺度分為時間和空間兩種形式。水生態功能分區必須考慮尺度問題，通過尺度來反映分區的等級（高俊峰等，2017；高俊峰和高永年，2012a）。 流域氣候、地質的特點決定水體的特點，其是水體理化自然特征的主要影響因子，決定流域內生物/生態特性（高俊峰等，2017，2012）。氣溫、光照、降水等氣候因子和土壤、土地利用等地表因子在較大的空間和時間尺度上表現出顯著的差異性，時間變化尺度為百年，空間差異性可以在10000km2以上，這些差異性是魚類、大型水生高等植物的生物量或種類組成*重要的決定因子（高俊峰等，2016；Kalff，2002）；降水和水文狀況、水體的濁度和營養物等因子的時間變化尺度在年際之間，空間上的差異性體現在500～10000km2范圍的尺度，此尺度對生物的生物量或種類組成影響明顯；流速、底質、河流比降、水深、波浪等在月度時間尺度、10～500km2的空間尺度上表現出差異性，通過水深、水化學等因素影響生物生長類型、生長率和生物量；溫度、光照等在小時和天的時間尺度、0.1～10km2的空間尺度上，影響浮游植物的沉降、紊流和底棲動物的攝食（Kallf，2002；Fisher，1994）。 流域生態系統可以劃分出一系列的時間尺度和空間尺度（高俊峰等，2019），在一定程度上，這些尺度可分別考慮，它們形成階梯狀結構（圖1-2）。在同一時間尺度和空間尺度上，不同的生物過程和非生物過程的相互作用是動態變化的。一般來說，流域水生態系統的尺度劃分為微小尺度、小尺度、中尺度和大尺度4種（Golden and Hoghooghi，2018；李煜和夏自強，2007；Quinn，2002；Allan，1995）。流域的時間和空間尺度量級如表1-1所示，其中，空間尺度給出的是縱向距離的量級；時間尺度給出的是生物或物理過程的周期或時間的量級；同時，針對每個量級給出了典型的研究對象。 圖1-2 流域的空間尺度 1.2 湖泊型流域的空間格局 1.2.1 地形地貌格局 流域地貌類型是影響水生態系統的重要因素，地形地貌可反映流域的地表形態特征，地形要素包括土壤、坡度、海拔、地貌類型和植被類型等，不同的地貌類型造就了物種在空間上的不同分布，直接影響流域水熱分布格局、水文情勢及侵蝕和沉積物傳輸，并間接影響區域氣候和植被類型。流域地形地貌也控制著地表徑流的路徑和累積水量的空間分布（孔凡哲和芮孝芳，2003），流域的地形地貌特征對流域內降水和徑流的分布、流向起著十分重要的作用，流域不同下墊面特征也會有所差異。每個流域都有其獨特的地貌特征，下面以巢湖流域和太湖流域為例，分析兩個流域不同的地形地貌特征。 巢湖流域位于安徽省中部，屬長江中下游北岸水系，流域西北以江淮分水嶺為界，南臨長江，西接大別山，東北鄰滁河流域（Zhang et al.，2017；水利部長江水利委員會，1999）。巢湖流域地形總體由西向東漸低，流域西南部杭埠河上游為山區，海拔*高達到1500m左右，東北為丘陵及淺山區，沿江、沿湖為平原水網區，地面高程一般在7.5～13.0m（高俊峰和蔣志剛，2012b）。巢湖面積為779km2，流域內大于20km2的湖泊和水庫有4個（圖1-3）。巢湖流域地處江淮丘陵之間，四周分布有銀屏山、冶父山、大別山、防虎山、浮槎山等低山丘陵，并形成東西長南北窄的不規則地形、西高東低中間較低洼的平坦地形。按流域地貌成因，可劃分為構造侵蝕地貌、侵蝕剝蝕地貌和侵蝕堆積地貌。 太湖流域位于我國東部長江三角洲南翼，北抵長江，東臨東海，南濱錢塘江，西以天目山、茅山為界，地域分布范圍介于119°11′E～121°53′E，30°28′N～32°15′N。太湖流域行政區劃分屬江蘇、浙江、上海、安徽三省一市（圖1-4），總面積36895km2，其中，江蘇19399km2，占52.6%；浙江12093km2，占32.8%；上海5178km2，占14.0%；安徽225km2，占0.6%。太湖地處太湖流域中心，是太湖流域*大的湖泊。太湖是我國第三大淡水湖，水位在3.14m（黃海高程，多年平均）時湖泊面積為2427km2，扣除島嶼、陸地實際水面面積2338km2。太湖*大水深為3.3m，平均水深為2.12m，蓄水量為51.4×108m3。多年平均出入湖水量為52.5×108m3，湖泊總蓄水量為44.3×108m3，水量交換系數為1.18。湖泊水量補給系數為7.0，進出水量占總收支水量的60%左右（Zhang et al.，2017；高俊峰和許妍，2014；高俊峰和高永年，2012a；金相燦等，1999；孫順才和黃漪平，1993）。 圖1-3 巢湖流域地貌格局（高俊峰等，2016） 圖1-4 太湖流域地貌格局 太湖流域地形呈周邊高、中間低的碟狀地形。其西部為山區，屬天目山山區及茅山山區的一部分，中間為平原河網和以太湖為中心的洼地及湖泊，北、東、南周邊受長江和杭州灣泥沙堆積影響，地勢高亢，形成碟邊。太湖流域包括山地丘陵及平原，西部丘陵區面積為7338km2，約占總面積的20%；中東部廣大平原區面積為29556km2，約占總面積的80%。平原區分為中部平原區、沿江濱海高亢平原區和太湖湖區。東太湖、西部為丘陵山地，東部為平原，河流水系基本自西向東傾斜，水系特點為上游是樹枝狀排列河流，下游是網狀結構（高俊峰和許妍，2014；高俊峰和蔣志剛，2012b）。 1.2.2 水文及氣候格局 湖泊型流域的水文氣候特征主要包括降水、氣溫、蒸發、徑流等，流域內氣溫和降水的變化直接影響著蒸發和徑流量的變化。氣候因素主要包括降水、氣溫、濕度和輻射等，降水和氣溫可反映流域內的水熱分布格局，對水生態系統影響很大，控制著河流的水循環、水文過程等，是陸地生態系統的重要物質與能量基礎。由于地理位置、生態狀況和社會條件的不同，不同區域的流域水文氣候要素特征也各不相同。下面以巢湖流域為例，分析流域內的降水、氣溫、蒸發、徑流等水文氣候要素特征。 巢湖流域屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，多年平均氣溫為16℃，相對濕度為76%，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量適中，熱量豐富，無霜期較長，一般在200d以上（Zhang and Gao，2016；中國科學院《中國自然地理》編輯委員會，1985）。巢湖流域多年平均年降水量為1215mm，其中，汛期5～8月降水量占年降水量的51%。流域*大年降水量為1986mm（1991年），*小年降水量為672mm（1978年）。多年平均年徑流量為59.2億m3，51%的徑流量集中在汛期5～8月（中國河湖大典編委會，2010）。巢湖流域水資源豐富，多年平均水資源量為65億m3，其中，5～9月占64%（Zhang et al.，2019；高俊峰等，2016；中國科學院《中國自然地理》編輯委員會，1985）。 巢湖流域屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，降水量分布特點為南高北低，南部及西南部山丘區降水量較高，北部及東部平原區降水量較低，多年平均降水量約為1215mm（中國河湖大典編委會，2010）。將巢湖流域多年平均降水量的*高1/3作為降水量高值區，將巢湖流域多年平均降水量的*低1/3作為降水量低值區，中間的1/3作為降水量中值區。巢湖流域多年平均降水量高值區（1237.91～1282.43mm）面積約為4569.21km2，占流域總面積的32.50%；多年平均降水量中值區（1210.83～1237.91mm）面積約為4991.64km2，占流域總面積的35.51%；多年平均降水量低值區（1173.14～1210.83mm）面積約為4497.53km2，占流域總面積的31.99%（圖1-5）。降水量在年內：夏季*多，春季次之，秋季較少，冬季*少。每年5～9月為汛期，汛期降水量占全年降水量超過60%。每年4～10月為灌溉期，其間降水量占全年降水量近80%。巢湖流域降水時空分布不均的原因，主要是該區域受過渡性季風環流的影響，冷暖氣團交鋒頻繁。夏季不但降水天數多、雨量大，而且常出現暴雨，造成洪澇災害。 巢湖流域屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，由于西南部山丘區的影響，氣溫分布特點為南低北高，南部及西南部山丘區氣溫較低，北部及東部平原區氣溫較高，多年平均氣溫約為12.3℃（中國河湖大典編委會，2010）。將巢湖流域多年平均氣溫大于15.5℃的區域作為溫度高值區，將多年平均氣溫小于14.0℃的區域作為溫度低值區，溫度在14.0～15.5℃的區域作為溫度中值區。巢湖流域多年平均氣溫高值區（15.5～16.1℃）面積約為7043.08km2，占流域總面積的50.10%；多年平均氣溫中值區（14.0～15.5℃）面積約為6461.55km2，占流域總面積的45.96%；多年平均氣溫低值區（10.8～14.0℃）面積約為553.76km2，占流域總面積的3.94%（圖1-6）。 圖1-5 巢湖流域降水量格局 圖1-6 巢湖流域氣溫格局 巢湖流域各地因受地形、氣候、土壤及植被等因素的影響，區域間蒸發量存在差異。該地區多年平均年蒸發量為1039.1mm，變幅為915.9～1293.9mm。從地貌類型上看，蒸發量平原大于山區；從空間分布上看，蒸發量西南部*小，東南部次之，中部和北部較大（圖1-7）；
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