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海岸帶環(huán)境演變效應(yīng)及其管理 版權(quán)信息
- ISBN：9787030686121
- 條形碼：9787030686121 ; 978-7-03-068612-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
海岸帶環(huán)境演變效應(yīng)及其管理 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)地總結(jié)了海岸帶環(huán)境演變效應(yīng)及其管理研究的成果。內(nèi)容涉及采用定點觀測與長時間序列數(shù)據(jù)分析、地理信息技術(shù)、環(huán)境模型等技術(shù)與方法，揭示海岸帶土地利用變化過程與驅(qū)動機制，剖析自然與人類雙重擾動下的海岸帶水文、水質(zhì)、營養(yǎng)鹽輸出、真核微生物多樣性、水土流失等環(huán)境生態(tài)效應(yīng)，并進(jìn)一步提出流域生態(tài)流量管理、營養(yǎng)鹽削減、水庫與河流水質(zhì)提升，以及海灣陸源污染控制等措施與建議，為我國海岸帶綜合管理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐，助力陸海統(tǒng)籌國家戰(zhàn)略的實施。 本書可供環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)、資源、生態(tài)等領(lǐng)域的科技與教育工作者參考。
海岸帶環(huán)境演變效應(yīng)及其管理 目錄
|目錄|
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 海岸帶土地利用變化 3
1.2 海岸帶環(huán)境與生態(tài)效應(yīng) 3
1.3 海岸帶管理策略 8
1.4 本書內(nèi)容與組織框架 9
第2章 海岸帶土地利用變化過程與驅(qū)動機制 11
2.1 九龍江流域土地利用變化的格局與過程 11
2.2 筑壩引起的九龍江北溪雁石溪上游小流域土地利用變化 22
2.3 沿海城市海岸帶內(nèi)外土地利用變化過程與機制 32
2.4 閩江流域土地利用變化過程 43
2.5 福建沿海13個海灣土地利用變化過程與驅(qū)動機制 52
2.6 本章小結(jié) 73
第3章 氣候變化和人類活動共同作用下的流域水文效應(yīng) 75
3.1 人類活動和氣候變化對九龍江流域河流水文狀況的影響 75
3.2 氣候變化和土地利用變化對流域年徑流量影響的相對重要性分析 88
3.3 九龍江流域水電開發(fā)的水文效應(yīng) 97
3.4 小流域梯級電站水電開發(fā)的水文效應(yīng) 107
3.5 本章小結(jié) 115
第4章 近海流域土地利用模式與河流水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析 116
4.1 九龍江流域土地利用模式與河流水質(zhì)的動態(tài)關(guān)聯(lián) 116
4.2 九龍江流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)的空間變異性 124
4.3 點源污染對閩江流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)的影響 139
4.4 波托馬克河流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析 155
4.5 本章小結(jié) 182
第5章 近海流域河流氮濃度對氣候變化的響應(yīng) 183
5.1 研究方法 184
5.2 氮濃度與氣候變量的關(guān)系 189
5.3 氮濃度與徑流的關(guān)系 190
5.4 氣候-氮靈敏度與流域特征的關(guān)系 192
5.5 徑流量年際變化與氮濃度 193
5.6 風(fēng)險評估與流域健康指數(shù) 194
5.7 環(huán)境變量、氮濃度的氣候彈性以及流域健康之間的關(guān)系 196
5.8 管理啟示 198
5.9 本章小結(jié) 199
第6章 氣候變化和土地利用變化共同作用的近海流域環(huán)境生態(tài)效應(yīng) 200
6.1 土地利用模式和水文狀況交互作用下的流域氮輸出 200
6.2 基于INCA-N模型探究土地利用與氣候變化共同作用下的流域氮輸出響應(yīng) 211
6.3 土地利用模式和水文狀況共同控制下的九龍江流域磷輸出 230
6.4 流域土地利用模式和水文狀況交互作用對河流真核微生物群落結(jié)構(gòu)影響 245
6.5 氣候變化和土地利用變化共同作用下的閩江流域水土流失效應(yīng) 264
6.6 本章小結(jié) 279
第7章 九龍江流域模擬及河流氮磷管理策略 281
7.1 SPARROW模型構(gòu)建與參數(shù)化 281
7.2 SPARROW模型校驗與不確定性分析 288
7.3 SPARROW模型應(yīng)用 296
7.4 管理啟示 316
7.5 本章小結(jié) 316
第8章 閩江中上游河流-庫區(qū)系統(tǒng)水環(huán)境耦合模擬與管理 318
8.1 閩江中上游流域水動力與水質(zhì)模型構(gòu)建 319
8.2 情景模擬 324
8.3 本章小結(jié) 329
第9章 基于監(jiān)測與模型的晉江詩溪流域水質(zhì)提升方案 330
9.1 詩溪流域水質(zhì)時空分析 330
9.2 QUAL2K模型構(gòu)建 343
9.3 QUAL2K模型應(yīng)用 350
9.4 水質(zhì)提升方案制訂與流域系統(tǒng)治理 354
9.5 本章小結(jié) 358
第10章 海灣陸源非點源污染模擬評估及其管理 359
10.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源 360
10.2 基于GIS的陸源污染定量分析方法 365
10.3 沿海海灣陸源非點源污染定量評估 365
10.4 沿海海灣陸源污染管理啟示 379
10.5 本章小結(jié) 383
參考文獻(xiàn) 384
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 海岸帶土地利用變化 3
1.2 海岸帶環(huán)境與生態(tài)效應(yīng) 3
1.3 海岸帶管理策略 8
1.4 本書內(nèi)容與組織框架 9
第2章 海岸帶土地利用變化過程與驅(qū)動機制 11
2.1 九龍江流域土地利用變化的格局與過程 11
2.2 筑壩引起的九龍江北溪雁石溪上游小流域土地利用變化 22
2.3 沿海城市海岸帶內(nèi)外土地利用變化過程與機制 32
2.4 閩江流域土地利用變化過程 43
2.5 福建沿海13個海灣土地利用變化過程與驅(qū)動機制 52
2.6 本章小結(jié) 73
第3章 氣候變化和人類活動共同作用下的流域水文效應(yīng) 75
3.1 人類活動和氣候變化對九龍江流域河流水文狀況的影響 75
3.2 氣候變化和土地利用變化對流域年徑流量影響的相對重要性分析 88
3.3 九龍江流域水電開發(fā)的水文效應(yīng) 97
3.4 小流域梯級電站水電開發(fā)的水文效應(yīng) 107
3.5 本章小結(jié) 115
第4章 近海流域土地利用模式與河流水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析 116
4.1 九龍江流域土地利用模式與河流水質(zhì)的動態(tài)關(guān)聯(lián) 116
4.2 九龍江流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)的空間變異性 124
4.3 點源污染對閩江流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)的影響 139
4.4 波托馬克河流域土地利用模式與水質(zhì)關(guān)聯(lián)分析 155
4.5 本章小結(jié) 182
第5章 近海流域河流氮濃度對氣候變化的響應(yīng) 183
5.1 研究方法 184
5.2 氮濃度與氣候變量的關(guān)系 189
5.3 氮濃度與徑流的關(guān)系 190
5.4 氣候-氮靈敏度與流域特征的關(guān)系 192
5.5 徑流量年際變化與氮濃度 193
5.6 風(fēng)險評估與流域健康指數(shù) 194
5.7 環(huán)境變量、氮濃度的氣候彈性以及流域健康之間的關(guān)系 196
5.8 管理啟示 198
5.9 本章小結(jié) 199
第6章 氣候變化和土地利用變化共同作用的近海流域環(huán)境生態(tài)效應(yīng) 200
6.1 土地利用模式和水文狀況交互作用下的流域氮輸出 200
6.2 基于INCA-N模型探究土地利用與氣候變化共同作用下的流域氮輸出響應(yīng) 211
6.3 土地利用模式和水文狀況共同控制下的九龍江流域磷輸出 230
6.4 流域土地利用模式和水文狀況交互作用對河流真核微生物群落結(jié)構(gòu)影響 245
6.5 氣候變化和土地利用變化共同作用下的閩江流域水土流失效應(yīng) 264
6.6 本章小結(jié) 279
第7章 九龍江流域模擬及河流氮磷管理策略 281
7.1 SPARROW模型構(gòu)建與參數(shù)化 281
7.2 SPARROW模型校驗與不確定性分析 288
7.3 SPARROW模型應(yīng)用 296
7.4 管理啟示 316
7.5 本章小結(jié) 316
第8章 閩江中上游河流-庫區(qū)系統(tǒng)水環(huán)境耦合模擬與管理 318
8.1 閩江中上游流域水動力與水質(zhì)模型構(gòu)建 319
8.2 情景模擬 324
8.3 本章小結(jié) 329
第9章 基于監(jiān)測與模型的晉江詩溪流域水質(zhì)提升方案 330
9.1 詩溪流域水質(zhì)時空分析 330
9.2 QUAL2K模型構(gòu)建 343
9.3 QUAL2K模型應(yīng)用 350
9.4 水質(zhì)提升方案制訂與流域系統(tǒng)治理 354
9.5 本章小結(jié) 358
第10章 海灣陸源非點源污染模擬評估及其管理 359
10.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源 360
10.2 基于GIS的陸源污染定量分析方法 365
10.3 沿海海灣陸源非點源污染定量評估 365
10.4 沿海海灣陸源污染管理啟示 379
10.5 本章小結(jié) 383
參考文獻(xiàn) 384
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海岸帶環(huán)境演變效應(yīng)及其管理 節(jié)選
|第1章| 緒論 海岸帶是指海洋與陸地相互交換、相互作用的地帶，是從海岸線向海洋和陸地延伸一定范圍的地區(qū)，包括陸域和海域。海岸帶由于其海陸交界的特殊地理位置及優(yōu)越的環(huán)境和豐富的資源，已成為人類賴以生存和發(fā)展的重要地區(qū)。全球約有60%的人口和2/3的大中型城市集中在海岸帶區(qū)域。在快速的城市化進(jìn)程中，伴隨著圍填海、網(wǎng)箱養(yǎng)殖等高強度的人類活動方式，海岸帶生態(tài)環(huán)境問題日益突顯（Mori and Takemi，2016；Chauvin et al.，2016；Zhang et al.，2017）。流域—河口—近海是一個連續(xù)的統(tǒng)一體（圖1-1）。近岸海域水體污染物大約有80%來自上游流域的輸入。在流域范圍內(nèi)的人類活動產(chǎn)生的陸源污染物通過河流匯入海洋，導(dǎo)致近海的富營養(yǎng)化，嚴(yán)重影響著海岸社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性（呂永龍等，2016）。把海岸帶綜合管理的尺度拓展到上游流域已經(jīng)成為一種共識（Huang et al.，2013a；Zhu et al.，2018；Pittman and Armitage，2019）。 圖1-1 流域—河口—近海空間連續(xù)體 土地利用變化、氣候變化導(dǎo)致的水資源短缺、水污染、水災(zāi)害和水生態(tài)退化已嚴(yán)重威脅人類生存，流域管理成為重要的議題（Bourzac，2013；Lawford et al.，2013；Green et al.，2015）。流域作為水資源管理的*佳空間單元，其土地利用對河流水質(zhì)有著重要作用（Foley et al.，2005）。土地利用影響著河流污染物的來源，而土地利用活動改變著陸源污染物從源頭到河段出水口的傳輸過程。隨著人口的增加，人類對食物以及居住地的需求增加。這種需求的增加驅(qū)動著土地利用的變化，特別是農(nóng)業(yè)用地增加以及城市擴(kuò)張（Foley et al.，2005），繼而導(dǎo)致過量營養(yǎng)鹽通過陸域和水域傳輸至下游河流及海灣、近海，成為水質(zhì)惡化（如富營養(yǎng)化及低氧現(xiàn)象）的重要原因之一（Zhou et al.，2014）。近幾十年來，全球近海流域普遍存在氮（N）、磷（P）等營養(yǎng)鹽輸出通量大量增加的現(xiàn)象（Howarth et al.，2011；Hong et al.，2013）。過量的N、P 營養(yǎng)鹽輸入，會造成水體富營養(yǎng)化和其他生態(tài)損害，威脅人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與功能，包括飲用水的供給、娛樂、漁業(yè)等（Paerl，2006；Whitehead and Grossman，2012）。 水是可持續(xù)發(fā)展的核心，人類生產(chǎn)與生活離不開淡水資源，淡水資源的可持續(xù)利用與發(fā)展關(guān)系到社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)性（Doll et al.，2003；Poff et al.，2007）。自20世紀(jì)以來，由于全球氣候變化和人類活動等多種因素的影響，河川徑流已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，目前包括河川徑流在內(nèi)的水資源安全受到了極大的威脅。而近海流域的水生態(tài)環(huán)境受到海洋和陸地環(huán)境的雙重影響，其環(huán)境特征復(fù)雜、生物系統(tǒng)多樣化且受人類活動干擾劇烈，這些獨有的特征使得淡水資源的利用與管理被重點關(guān)注（Ranjan et al.，2009）。20世紀(jì)70年代以來的研究表明，盡管流域水電梯形開發(fā)可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，如防洪與發(fā)電，但其造成的生態(tài)破壞已經(jīng)大大超出了預(yù)期（Richter and Thomas，2007；Petts，2009）。流域水電開發(fā)不可避免地影響自然流域狀況，進(jìn)而影響到下游的生態(tài)環(huán)境，因此電站水庫下游的生態(tài)評估與管理成為科學(xué)界長期關(guān)注的一個問題（Bunn and Arthington，2002；Huang et al.，2013b）。流域的水文變化不僅僅受到人類活動的影響，還受到氣候變化的干擾。如何區(qū)分并識別氣候變化對流域水文變化的干擾成為研究難點。 為了解決水生態(tài)環(huán)境問題，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用，國家和地方相關(guān)部門出臺了一系列政策措施，如《水污染防治行動計劃》和《關(guān)于全面推行河長制的意見》。黨的十九大報告指出，“加快水污染防治，實施流域環(huán)境和近岸海域綜合治理”。近年來，我國地表水質(zhì)雖有所改善，但水污染總體形勢仍然不容樂觀，截至2020年12月，仍有15.4%的地表水國控監(jiān)測斷面水質(zhì)劣于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；我國陸源入海污染壓力仍較大，190個入海河流國控斷面中，Ⅳ類水質(zhì)斷面62個，占比為32.6%；V 類水質(zhì)斷面17個，占比為8.9%；劣Ⅴ類水質(zhì)斷面8個，占比為4.2%。近岸局部海域污染依然嚴(yán)重，面積在100km2以上的44個大中型海灣中，13個海灣一年四季均出現(xiàn)海水水質(zhì)劣Ⅳ類；沿海各省（自治區(qū)、直轄市）中，福建近岸海域水質(zhì)一般，與2018年相比，水質(zhì)狀況有所下降；絕大部分近岸海域的生態(tài)環(huán)境處于亞健康狀態(tài)，實施監(jiān)測的河口、海灣等18個典型海洋生態(tài)系統(tǒng)中有15個處于亞健康和不健康的狀態(tài)①。為全面貫徹落實黨中央、國務(wù)院決策部署，打好污染防治攻堅戰(zhàn)，2018年12月，福建省生態(tài)環(huán)境廳等部門聯(lián)合印發(fā)《九龍江口和廈門灣生態(tài)綜合治理攻堅戰(zhàn)行動計劃實施方案》；2022年2月，福建省生態(tài)環(huán)境廳等部門聯(lián)合印發(fā)《福建省重點流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》，以推進(jìn)陸海統(tǒng)籌系統(tǒng)治理。在這種背景下，開展近海流域海岸帶環(huán)境變化和人類與自然雙重擾動下的海岸帶環(huán)境及生態(tài)效應(yīng)研究，并提出基于科學(xué)的流域/海岸帶管理策略具有重要的現(xiàn)實意義。 1.1 海岸帶土地利用變化 隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人口規(guī)模的不斷增大，海岸帶資源與環(huán)境面臨的壓力日益顯著。資源與環(huán)境承載壓力的加劇，尤其是人類對土地資源的需求，對生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著嚴(yán)重影響，目前已經(jīng)引起了管理者和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注（Xu et al.，2020；Burke et al.，2021）。 土地利用是指人類根據(jù)土地的自然屬性和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有目的地長期開發(fā)、改造和利用土地資源的一切人類活動（劉紀(jì)遠(yuǎn)和布和敖斯?fàn)枺?000；Jansen and Gregorio，2002）。土地利用與土地覆被變化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）不僅與陸地表層大量的物質(zhì)循環(huán)與生命過程緊密聯(lián)系，同時在特定的時空條件下還能揭示人類活動對自然資源和生態(tài)環(huán)境的作用過程（劉紀(jì)遠(yuǎn)等，2002）。1995年，國際地圈-生物圈計劃和全球環(huán)境變化的人文因素計劃（International Human Dimension Programme on Global Environmental Change，IHDP）共同發(fā)起了“土地利用與土地覆被變化研究計劃”，將土地利用與土地覆被變化列為核心項目，該項目致力于尋求土地利用變化過程尤其是解釋其變化原因的知識融合。對人類與環(huán)境耦合系統(tǒng)的觀測、前因后果的解釋、模擬等是土地利用變化科學(xué)的主要研究內(nèi)容。此后，對土地利用領(lǐng)域方面的研究力度逐漸增加，其已經(jīng)成為全球變化研究的重要組成部分。當(dāng)前，土地利用變化研究的主要領(lǐng)域包括格局和過程、驅(qū)動力、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等方面。 由于不斷攀升的環(huán)境壓力及在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的特殊作用，海岸帶包括沿海流域已成為土地變化研究者們關(guān)注的焦點。沿海流域的土地利用變化對河口、近岸海域水質(zhì)具有重要影響。近40年來，中國尤其是海岸帶地區(qū)受城市化、農(nóng)業(yè)集約化和森林砍伐等人類活動的影響，土地利用正經(jīng)歷著強烈而快速的變化。因此，對中國海岸帶包括沿海流域的土地利用變化進(jìn)行清晰而準(zhǔn)確的量化和理解十分必要。海岸帶的土地利用變化從格局到過程、海岸帶土地利用變化的內(nèi)在驅(qū)動機制及其環(huán)境生態(tài)效應(yīng)研究是當(dāng)前土地利用研究的前沿與熱點。 1.2 海岸帶環(huán)境與生態(tài)效應(yīng) 1.2.1 氣候變化的水文效應(yīng) 降水是流域徑流的主要來源，降水的變化通過影響流域的直接徑流（包括地表徑流和快速壤中流等）進(jìn)而影響流域水文情勢。氣候變化引發(fā)全球氣溫上升、降雨模式變化，并影響區(qū)域的水循環(huán)，流域的水文情勢也隨之改變（Labat et al.，2004）。降水變化的形式是多樣的，包括年均降水量、年際變化、季節(jié)性變化、降水強度變化和極值變化等。在氣候變化的背景下探究河流水文的年際變化模式以及這種變化對氣候狀況的敏感性是氣候變化研究的主要關(guān)注點之一（Helence et al.，2013）。 近年來，為了區(qū)分氣候變化和人類活動對流域水文的影響，人們開展了多項研究（Tomer and Schilling，2009；Zhang et al.，2015），可分為氣候彈性模型、基于模型的方法和概念模型三種研究類型。前兩種類型包括5種形式的干燥指數(shù)和SWAT 模型①，已被廣泛開發(fā)和應(yīng)用于估算氣候變化及人類活動對河流流量的絕對影響。Tomer 和Schiling（2009）開發(fā)的概念模型可用于區(qū)分氣候變化及土地利用對流域徑流的相對影響，從經(jīng)驗上理解流域的生態(tài)水文特性如何應(yīng)對氣候變化和土地利用變化（Zhang et al.，2015）。然而，上述這些方法不能完全描述這兩個因素之間的相互作用。由于降水-徑流模型的參數(shù)不確定性和人類活動的滯后影響，解釋其間的相互作用可能會很困難。因此，與估計氣候和人類活動的絕對影響相比，嘗試區(qū)分相對影響更為現(xiàn)實和實用。闡釋氣候變化與人類活動對流域水文的相對影響有助于揭示流域水文響應(yīng)機制并制定氣候變化的適應(yīng)性策略。 1.2.2 水電梯級開發(fā)的水文效應(yīng) 流域水電開發(fā)通過改變流域水文情勢進(jìn)而影響流域生態(tài)系統(tǒng)，相比于其他形式的人類活動，流域水電開發(fā)帶來的生態(tài)影響更具有破壞性（Losos et al.，1995；Costigan and Daniels，2012；Zhao et al.，2012）。研究表明，水電開發(fā)可以引起流域湖庫化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為徑流脈沖現(xiàn)象減弱、徑流變化速度降低及基流增加等（Baker et al.，2004；王修林和李克強，2006；Poff et al.，2007；Costigan and Daniels，2012；McManamay et al.，2012；Zhao et al.，2012）。同時，水電開發(fā)對流域生態(tài)水文的影響存在區(qū)域差異。例如，在干旱的新疆地區(qū)，主要表現(xiàn)為地下水位降低，而在濕潤、半濕潤的長江、黃河及淮河流域則表現(xiàn)為地表徑流減少（Hu et al.，2008；Dai and Liu，2013）。在半干旱地區(qū)，水電開發(fā)引起徑流量減少主要集中在雨季，而在其他地區(qū)的研究卻發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)主要集中在旱季（Hu et al.，2008）。從徑流的變異性來看，Zhao 等（2012）的研究發(fā)現(xiàn)水電開發(fā)會引起瀾滄江流域4月、6月、7月及10月的徑流量出現(xiàn)異常波動，在黃河流域、珠江流域的研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果（Yang et al.，2008；Chen et al.，2010）。由于氣候類型的差異，美國大平原地區(qū)的流域與我國流域的徑流波動規(guī)律有著顯著的差異（Costigan and Daniels，2012）。 流域水電開發(fā)后的生態(tài)水文管理，從開始只注重平均流量，到廣泛關(guān)注包括極端流量、徑流速率和極端徑流發(fā)生時間等，再到構(gòu)建指標(biāo)體系描述水文過程的改變（Black et al.，2005）。國外學(xué)者率先提出了量化生態(tài)水文指標(biāo)體系表達(dá)水文情勢。Richter 等（1996）提出了基于五大類32個水文指標(biāo)的水文變化指標(biāo)法（indicators of hydrological alteration，IHA）。Olden 和Poff（2003）總結(jié)了171個水文指標(biāo)，從中找到簡單且具有代表性的指標(biāo)，通過篩選發(fā)現(xiàn)IHA 指標(biāo)就足夠描述這171個水文指標(biāo)的大部分水文變化信息。IHA 的指標(biāo)都是與河流生態(tài)穩(wěn)定緊密相關(guān)的參數(shù)，其具有簡易和代表性的優(yōu)點而在分析水文情況改變的研究上得到廣泛使用（Trush et al.，2000；Yang et al.，2012a；Gao et al.，2012）。為了全面了解筑壩對河流水文情勢的影響，Mathews 和Richter（2007）提出了環(huán)境流量成分（environment flow components，EFCs
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