《黄河某段的区间水资源安全格局调研分析报告》7800字

黄河某段的区间水资源安全格局调研分析报告目录TOC\o"1-2"\h\u7824黄河某段的区间水资源安全格局调研分析报告 116234第1章研究背景及目的 110454第2章国内外研究现状 23415第3章河龙区间生态安全格局 3121523.1生态源地变化特征 31110（c） 954803.2阻力面时空变化特征 1012001（c） 13187803.3综合生态安全格局构建 1477893.4河龙区间生态空间结构优化布局设计 1626147第4章结论与展望 17237984.1主要结论 17第1章研究背景及目的随着城市化和工业化进程的加快，人类活动对自然生态系统的干扰与破坏问题日益突出，生态系统受到的威胁日益严重，进而威胁区域生态安全，生态安全问题正受到越来越多的国内外学者关注。在我国，党中央高度重视生态环境保护。党的十八大报告明确提出要构建科学合理的国土生态安全格局，习近平总书记也强调“构建科学合理的城镇化推进格局、农业发展格局、生态安全格局，保障国家和区域生态安全，提高生态服务功能”。因此，构建生态安全格局具有重要的现实意义，如何解决现有生态安全问题亦成为21世纪区域生态安全与可持续发展的新挑战。生态安全格局指由自然景观中处于不同方位和空间联系的某些关键局部共同构成的某种潜在的生态系统空间格局，对维系生态安全具有重要意义。生态安全格局理论依据格局与过程的互馈作用，通过构建区域生态安全格局，达到对生态过程的有效调控，从而保障生态功能的充分发挥，实现区域自然资源和绿色基础设施的有效合理配置，确保必要的自然资源的生态和物质福利，最终实现生态安全。河口镇-龙门区间（简称河龙区间）位于黄河中下游，黄土层深厚，土质疏松。地形破碎、沟壑纵横、植被稀少，而且暴雨集中、强度很大，水土流失特别严重。河龙区间既是黄河洪水的主要来源之一，又是黄河泥沙最主要的来源区，因此，构建河龙区间生态安全格局对黄河流域生态安全问题的缓解具有重大意义。最小累积阻力模型是构建区域生态安全格局的方法之一，可以较好的反应景观格局变化和生态过程演变的相互作用关系。本研究以最小阻力模型为基础，探讨河龙区间生态安全框架，明晰区域生态安全格局，以期为保障区域生态系统服务功能的正常发挥和可持续发展提供科学参考。第2章国内外研究现状1995年，Forman在他的《LandMosaic》一书中，系统地总结归纳了景观格局的优化方法。近十年来生态安全研究备受我国学者的高度关注,我国学者俞孔坚在Forman的理论基础上提出了景观安全格局概念,创建识别源地、建立阻力面、构建安全格局的模式。并持续地在多个尺度上进行了国土“生态安全格局”的研究，明确提出：应对快速城市化带来的各种问题，最核心的解决途径是建立国土生态安全格局，在各个尺度上维护国土生态安全格局。其后，国内众多景观生态学家对景观安全格局在规划中的应用进行了研究。该理论从围棋中得到启示，认为景观中各个点、线、面在景观过程中所起的作用是不同的，因此存在着某些战略点，这些关键部分称之为斑块、廊道和基质，这三个概念是景观生态学用来解释景观结构的基本模式，普遍适宜于建成区、郊区和农业景观等。国外早期的格局构建主要以生物多样性保护为目标，但随着生态系统服务评估的发展，以及有关社会经济问题对生态安全重要性的认识生态安全格局研究逐步转向以自然生态系统为主，与社会经济耦合的相互协同格局的发展趋势。主要侧重在全球变化和人类活动扩张所造成的区域性生态问题背景下，进行生态系统功能及过程研究，生物多样性与生态系统服务评估与协同关系，生态保护与恢复，自然与社会经济系统耦合分析，以及生态安全的政策研究。国内有关生态安全格局的研究主要集中在格局的识别与构建领域。例如基于案例生态评价来划分空间生态安全等级，采用空间叠加、目标优化等方法构建生态安全格局，以及格局的功能、服务评估及相互关系研究等。仍需要加强格局的形成机制、演变规律、影响机理、安全预警及调控的深入研究。近年来，学术界主要致力于利用景观安全格局的方法来构建适应不同研究区的生态安全格局。该方法的核心研究思想是，在充分了解研究区景观过程的基础上，对不同类别的景观过程进行分析，借助GIS平台对各种格局的扩展方式进行模拟，并识别出各类过程的关键源地、廊道和区域。最后，将形成的各类安全格局进行有机耦合，从而得到对整个研究区具有生态意义的研究区景观安全格局。其核心研究方法是把景观过程（包括城市的扩张、物种的空间运动、水和风的流动、灾害过程的扩散等）作为通过克服空间阻力来实现覆盖的过程，通过建立景观要素或物种扩展的阻力面，并根据生态过程或扩展趋势确定不同层次的安全格局。总体上，生态安全格局研究尚处于起步阶段，研究范畴较宽、类型多样，但机理性研究较为薄弱，以生态学机理为侧重点的研究往往缺乏宏观层面生态学的考虑，以社会生态角度为侧重点的研究也缺少对生态过程、生态问题的理解。同时，众多研究中尚未形成统一的评价体系与准则，且基本停留在理论研究与评价阶段，导致多种格局并存的现象，不利于实现生态安全格局管理应用，与服务决策的战略需求。第3章河龙区间生态安全格局3.1生态源地变化特征（1）河龙区间水资源安全格局河龙区间水资源安全格局具有河网密度越大、距水源地距离越近安全水平越高的特点（图3-1）。在河网密度、年降水量、距水源地距离三个影响因子中，河网密度对水资源安全格局影响最大，因此河龙区间水资源安全格局在空间上呈现以流域河网为中心的圈层式分布状态。区间水资源高度及较高安全区域主要分布于流域河网水系，中度安全区域主要包含距水源地距离较近区域及部分流域支流水系，较低和低度安全区域则为距离河网、水源地空间距离都较远区域。观察河龙区间2005、2010、2015年三期水资源安全格局分布图可知，河龙区间水资源安全格局基本稳定，分析其原因主要在于研究区河网水系分布基本未变。（a）（b）（c）图3-1研究区水资源安全格局（2）河龙区间水土保持安全格局河龙区间作为黄河泥沙主要来源区，流域水土流失问题较为严重，水土保持安全格局低（图3-2）。河龙区间西部和南部降雨侵蚀力普遍较大，南部土壤可蚀性强，从西北到东南部坡度逐渐增加。2005-2015年河龙区间水土流失趋势减弱，较高及高度安全水平区面积增加，低度安全水平区面积减少，研究区中部中度安全水平区向较高安全水平区转化明显，水土保持状况整体呈现好转趋势。（a）（b）（c）图3-2研究区水土保持安全格局（3）河龙区间生物多样性安全格局河龙区间生物多样性安全格局呈现东南部安全水平较高，西北部地区安全水平较低的整体趋势（图3-3）。研究区东部鄂尔多斯市主要覆被类型以草地为主，北部和中部主要覆被类型为耕地，南部和西部边界地区林地较多。研究区生物多样性安全水平较高地区主要为陕西省延安市南部、山西省吕梁市、忻州市、临汾市西部地区，内蒙古自治区生物多样性安全水平较低。2005-2015年，研究区生物多样性安全水平有所提高，呈现以西南边界地带为起点，向内部逐渐扩散的趋势。（a）（b）（c）图3-3研究区生物多样性安全格局（4）河龙区间人口压力安全格局2005-2015年河龙区间人口压力安全水平呈现先上升后下降，总体下降的趋势（图3-4）。研究区人口压力安全水平高度及较高区域主要集中在陕西省榆林市和山西省吕梁市，低度安全水平区域主要位于内蒙古自治区鄂尔多斯市和山西省忻州市南部。陕西省榆林市北部地区逐年由较低安全水平向低度安全水平转化，延安市逐年由较高水平向中度水平转换。（a）（b）（c）图3-4研究区人口压力安全格局（5）综合生态源地变化特征基于河龙区间水资源、水土保持、生物多样性、人口压力4个子安全格局的评价结果，等权叠加得到综合生态安全格局（图3-5）。综合生态安全格局评价结果显示，研究区高度安全水平格局主要位于南部地区和部分河网分布地区，综合安全水平格局逐年好转趋势，呈现以高度安全水平区域为核心、逐渐向外围扩散的趋势。（a）（b）（c）图3-5研究区综合生态安全格局以研究区综合生态安全格局为基础，提取高度安全水平区域，识别出研究区生态源地分布（图3-6）。2005-2010年，研究区南部生态源地增加较为明显，西部有斑块状增加区域。2015-2015年，研究区南部与西南部地区源地增加明显，内蒙古自治区鄂尔多斯市和呼和浩特市内源地面积均有所下降。2005年-2015年，河龙区间生态源地面积总体增加，生态环境质量有所恢复。（a）（b）（c）图3-6研究区生态源地3.2阻力面时空变化特征（1）河龙区间基本阻力面变化由建筑用地指数（IBI）和归一化植被指数（NDVI）等权叠加得到研究区基本阻力面，以研究区内地级市为单位对基本阻力面的阻力系数增减面积变化进行统计分析（表3-1~表3-3），基本阻力系数值减少的区域是生态质量好转的区域，反之则为生态质量有所恶化的区域。2005-2010年，鄂尔多斯市、榆林市、延安市基本阻力面阻力系数变化情况较为明显，其中榆林市、延安市基本阻力系数增加的面积区域远大于减少的区域。乌兰察布市、呼和浩特市、朔州市、忻州市、渭南市基本阻力系数较为稳定，基本阻力系数变化较大的区域集中在研究区西南部。2010-2015年，研究区基本阻力系数变化的区域有所增加，中部、南部地区阻力系数均有较大幅度的变化，且除吕梁市外各市阻力系数减少的面积明显大于增加的区域面积。2005-2015年，研究区北部地区基本阻力系数呈下降趋势，南部区域基本阻力系数则呈上升趋势，但研究区整体阻力系数下降的区域面积大于阻力系数上升的区域面积，生态环境质量有所好转。表3-12005-2010研究区基本阻力面变化情况市名乌兰察布呼和浩特大同鄂尔多斯朔州忻州榆林吕梁延安临汾渭南增加（km2）0570471525149135141776104194473100减少（km2）63405276072246645268907505230014837表3-22010-2015研究区基本阻力面变化情况市名乌兰察布呼和浩特大同鄂尔多斯朔州忻州榆林吕梁延安临汾渭南增加（km2）267662643410722807303746191658155651减少（km2）016330138325362501231972909992721950表3-32005-2015研究区基本阻力面变化情况市名乌兰察布呼和浩特大同鄂尔多斯朔州忻州榆林吕梁延安临汾渭南增加（km2）02501315005137134073214268148减少（km2）744367131355026556675177445758677513150（2）河龙区间生态功能区年际变化河龙区间生态用地呈现先减少后增加的趋势（表3-4、图3-7）。2005-2010年，生态用地由高等级向较低等级生态用地转化面积较大，其中生态核心区向过渡区转化面积最大，达8106km2。生态核心区向过渡区与生态过渡区向生态缓冲区转换面积之和达研究区总面积的13.4%。生态环境质量恶化区域面积达研究区总面积的27.3%，生境质量转好区域达研究区总面积的19.0%，研究区生态环境质量有所下降，且研究区东北部地区生态用地呈现增加趋势，西南部地区生态用地呈现减少趋势。2010-2015年，研究区生态过渡区转换为生态核心区、生态缓冲区转换为生态过渡区的面积较多，分别达6622km2、7762km2，其和达研究区总面积的12.8%。生态环境质量恶化区域面积达研究区总面积的24.9%，生境质量转好区域达研究区总面积的29.1%，生态环境质量转好的区域集中在研究区内的陕西省和山西省地区。2005-2015年，研究区生态环境质量转好的区域达总面积的26.5%，生态环境有所恶化的区域占研究区总面积的28.2%。其中，生态环境质量恶化的区域主要是榆林市、鄂尔多斯市、呼和浩特市。表3-4生态功能区转换路径及面积表（单位：km2）转换路径2005-20102010-20152005-2015核心区转为过渡区810645309030核心区转为缓冲区180131784862核心区转为优化区105715396核心区转为治理区18500过渡区转为核心区397366227542过渡区转为缓冲区696764106450过渡区转为优化区294020664143过渡区转为治理区821503372缓冲区转为核心区29134436128缓冲区转为过渡区426577625855缓冲区转为优化区662253774862缓冲区转为治理区214516951960优化区转为核心区58217481414优化区转为过渡区124524632406优化区转为缓冲区362940534416优化区转为治理区8743417372治理区转为核心区18529400治理区转为过渡区9801850治理区转为缓冲区145726322治理区转为优化区21988211587核心区未改变221461862319252过渡区未改变166101563013546缓冲区未改变14994106499006优化区未改变606662524639治理区未改变3703443795（a）（b）（c）图3-7研究区生态用地年际变化图3.3综合生态安全格局构建河龙区间生态源地主要分布于东部和南部生态环境质量较高的区域，生态廊道沿生态源地和河流水系蛛网式辐射延伸至其他区域。基于最小阻力面，运用水文分析法识别出了河龙区间不同的生态用地、廊道、潜在廊道、辐射廊道、生态节点，以此构成河龙区间完整的生态安全格局（图3-8）。2005-2015年，河龙区间生态核心区面积有所增加，但生态安全级别由高转低的区域面积大于由低转高区域。2005年生态安全格局中识别出28个生态节点，其中包括一级节点5个，二级节点8个，三级节点15个，研究区生态廊道呈现以河流水系为主线分布，向外围区域呈树枝状发散的特征。2005年的生态廊道主要有三条主线连接研究区生态源地，促进物质能量在各源地间的传播，对研究区生态连通过程起到重要作用。纵向廊道延伸出横向潜在廊道，部分纵向廊道连接小部分源地与廊道相交，总体生态安全网络格局简单。2010年生态安全格局中识别出37个生态节点，其中包括一级节点6个，二级节点12个，三级节点19个，与2005年相比，廊道增多，源地与源地之间的连通性更强，研究区东西部潜在廊道交错，加强了区域之间的联系。2015年生态安全格局中识别出41个生态节点，其中包括一级节点6个，二级节点12个，三级节点23个，2015年研究区生态源地面积增加，生态廊道主线分布未变，但数量有所增加，研究区潜在廊道数量明显增多，纵横交错更为明显，研究区生态连通过程更为活跃。2005-2010年，潜在廊道由源地向外发散范围较小，2010-2015年，潜在廊道明显增加，生态安全格局网络体系趋向复杂完善，生态核心区向外围进一步扩张，但榆林市生态优化区面积增加，需要重点进行生态环境保护。2005-2015年研究区生态核心区波动变化大致呈现先减少后增加的趋势；生态缓冲区除榆林市和鄂尔多斯市逐年增加外，其余区域基本呈现先增加后减少的趋势；生态过渡区除榆林市和鄂尔多斯市逐年减少外，其余区域基本呈现增加趋势；除了榆林市和鄂尔多斯市大部分位于生态优化区和缓冲区外，其余区域的过渡区和核心区的面积都有所增加。榆林市人口密度较高，人类活动聚集，生态安全不稳定性较大。鄂尔多斯市地表覆被以草地为主，生态稳定性较弱。榆林市和鄂尔多斯市应作为河龙区间生态安全问题的重点关注区。整体上，受研究区地形及生态源地等分布特征影响，生态廊道多呈南－北走向分布，研究区内生态优化区和治理区面积集中，生态脆弱。因此，有必要对研究区进行生态空间优化布局，设立防护带，增强防护作用，提高生态环境质量。（a）（b）（c）图3-8研究区生态安全格局3.4河龙区间生态空间结构优化布局设计以河龙区间生态源地为基础，结合地形地貌以及土地利用现状，划分出河龙区间生态功能分区；以主要河流水系、生态廊道、潜在廊道及辐射廊道连通区间各功能区，构建出区域生态廊道网络体系。通过生态源地、生态节点、廊道网络等生态空间结构要素的优化重组，构建出河龙区间生态安全结构优化布局（图3-9）。提出河龙区间生态空间结构优化布局的主要思路是：以生态战略节点、生态源地等作为生态绿心，出生态源地以外其他用地作为基质要素，以辐射源间廊道的主要河流水系为生态廊道。以生态过渡区用地作为生态防护带，生态防护带以外区域为主要待优化治理区，防护带以内生态安全水平较高的区域为生态涵养区，构建出研究区生态空间结构优化体系。图3-9研究区生态空间结构优化布局第4章结论与展望4.1主要结论本文以黄河中游河龙区间作为研究区，基于ArcGIS、ENVI等软件，运用距离分析、分权叠加分析、地统计分析等空间分析方法，分别构建2005年、2010年、2015年河龙区间水资源、水土保持、生物多样性、人口压力生态安全格局，并分析4个子安全格局的时空分异规律。再将2005年、2010年、2015年的水资源、水土保持、生物多样性、人口压力生态安全格局进行空间叠置，得到研究区综合生态安全格局，并提取研究区生态源地，分析研究区综合生态安全格局、生态源地的时空分异规律。运用最小阻力模型（MCR），基于研究区基本阻力面和生态源地分析得到研究区生态核心区、生态过渡区、生态缓冲区、生态优化区、生态治理区5个等级的生态功能区，分析研究区不同生态功能区时空分异规律。基于研究区最小阻力面，利用ArcGIS水文分析工具识别出研究区生态廊道、辐射廊道、潜在廊道，并在最小阻力路径交叉处提取三个等级的的生态节点。通过构建研究区生态安全格局，结合研究区实际生态环境状况，进而优化河龙区间生态空间结构。主要结论如下：（1）水资源安全格局：河龙区间水资源安全格局主要呈现以河流水系为核心，安全水平向外圈层式延伸发展的特点，河流水系附近区域水资源安全水平最高，外围区域安全水平逐渐降低。分布于研究区西部的鄂尔多斯市、北部的呼和浩特市、南部的延安市为水资源安全水平高的区域。研究区中部榆林市河网密度较低，水资源安全水平较弱。2005-2015年研究区河网水系分布基本未变，因此河龙区间水资源安全格局呈现基本稳定状态。（2）水土保持安全格局：河龙区间是黄河泥沙主要来源区，水土保持安全水平低。研究区西南地区土壤可蚀性、降雨侵蚀力均高于东北部地区，从西北到东南部坡度逐渐增加。2005-2015年河龙区间水土流失趋势减弱，较高及高度安全水平区面积增加，低度安全水平区面积减少，研究区中部中度安全水平区向较高安全水平区转化明显，水土保持状况整体呈现好转趋势。研究区南部的陕北地区，是研究区水土保持需重点关注的区域。（3）生物多样性安全格局空间上，河龙区间生物多样性安全水平呈现由东南部向西北部地区逐渐下降的趋势。分析其原因在于，研究区东北部地区以草地覆被为主，北部和中部是主要产粮区，以耕地覆被为主，南部和西部边界林地覆被较多，西南部地区植物净初级生产力较高。在时间上，2005-2015年，研究区生物多样性安全水平呈现出以西南边界地带为起点，