未来土地利用情景下的南京市生态系统水质净化功能模拟

发布时间：2017-10-16 20:41

  本文关键词：未来土地利用情景下的南京市生态系统水质净化功能模拟

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【摘要】：随着社会经济以及城镇化的逐步发展,水质恶化现象越来越严重,成为目前亟待解决的问题之一。由于不同土地利用具有不同的污染物输出系数和蒸散系数,土地利用的变化会改变污染物随地表径流的流失量,从而造成大面积的非点源污染,不但对周边生态环境造成破坏,同时也会威胁到人类的生命健康。因此,运用已有的土地利用模型以及生态系统服务功能模型来理解、探索未来生态系统水质净化功能的改善方法是十分必要的。本研究通过InVest模型模拟得到2010年的水质净化功能,并对模型精度进行验证。根据2000年的土地利用矢量图,通过CLUE-S模型预测了2010年的土地利用数据,根据2010年的实际土地利用数据对模拟结果进行验证,并利用通过验证后的驱动因子模拟2020年的土地利用数据,通过结合南京市生态红线和河岸防护带得到南京市2020年自然增长情景、生态红线保护情景和生态红线+河岸防护带情景这三种未来土地利用情景。本研究进一步运用InVest模型模拟三种情景下未来的水质净化功能。研究结果表明：(1) InVest模型对产水量和水质净化功能的模拟精度较高,符合本研究的要求。(2)在南京市内,森林的水质净化功能最高,其次为灌丛、湿地、草地、城镇,水质净化功能最低的为农田。2010年南京市N、P输出和保持总量分别为829.09t、189.53t、3533.14t和850.23t。(3) CLUE-S模型模拟精度达到0.75,该模型具有较高的可信度。在2020年土地利用自然增长情景下,城镇面积比2010年增加了46.39%,农田面积减少了28.15%,该情景下会引发一系列的粮食安全和环境问题；在生态红线保护情景下,与自然增长情景相比,农田面积增长了8.3%,城镇面积减少了6.54%,该情景下生态环境以及生态、粮食安全将明显优于自然增长情景；在生态红线+河岸防护带情景下,与生态红线保护情景相比,森林面积增加了16.08%,湿地、农田、灌丛和城镇面积分别减少了3.27%、2.04%、0.44%和0.17%,该情景生态环境总体优于生态红线保护情景。(4)自然增长情景下南京市的N、P输出和保持量分别为818.94t、173.35t、2887.72t和640.46t。生态红线保护情景下南京市的N、P输出量比自然增长情景下减少了5.48t和1.27t,N、P保持量增加了134.92t和44.65t,其中,城镇的N、P输出和保持量分别减少了24.51t、3.69t、16.66t和0.5t,农田的N、P输出和保持量分别增加了19.81t、2.4t、132.33t和37.11t,水质净化功能明显高于自然增长情景。生态红线+河岸防护带情景下南京市N、P输出量比生态红线保护情景减少了46.93t和4.81t,N、P保持量增加了34.6t和3.49t,其中,城镇的N、P输出和保持量分别减少了22.84t、1.1t、8.966t和1.35t,农田的N、P输出和保持量分别减少了24.62t、3.72t、43.69t和10.58t,森林的N、P输出和保持量分别增加了4.76t、0.03t、111.72t和20.06t,水质得到进一步提高。生态红线+河岸防护带情景的水质净化功能高于生态红线保护情景,生态红线保护情景的水质净化功能又高于自然增长情景,因此,为了更好地保护南京市的河流,控制南京市的水质污染,提高南京市的用水安全,应该在贯彻执行生态红线严格管控措施的同时在河岸周围设置一定宽度的森林河岸防护带。
【关键词】：土地利用 水质 自然增长 河岸防护带
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的与研究意义10-11
• 1.3 国内外研究进展11-22
• 1.3.1 土地利用变化预测研究进展11-14
• 1.3.2 基于数理统计的土地利用变化对水质净化功能影响研究现状14-17
• 1.3.2.1 国外研究现状14-16
• 1.3.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3.3 基于非点源污染模型的土地利用变化对水质净化功能影响研究现状17-21
• 1.3.4 InVest模型水质净化功能研究现状21-22
• 1.4 研究内容与技术路线22-24
• 1.4.1 研究内容22-23
• 1.4.2 技术路线23-24
• 第二章 研究区概况与数据来源24-29
• 2.1 研究区概况24-27
• 2.1.1 自然条件概况24-26
• 2.1.1.1 地理位置24-25
• 2.1.1.2 地质地貌特征25
• 2.1.1.3 气候特征25-26
• 2.1.1.4 水文特征26
• 2.1.2 社会经济概况26-27
• 2.2 数据来源27-29
• 第三章 研究方法29-42
• 3.1 CLUE-S土地利用预测方法29-33
• 3.1.1 CLUE-S模型原理29-30
• 3.1.2 CLUE-S模型参数30-33
• 3.2 InVest水质净化功能评估方法33-40
• 3.2.1 InVest模型原理33-34
• 3.2.2 模型参数34-40
• 3.3 情景模拟40-42
• 第四章 水质净化功能模拟精度评价42-48
• 4.1 产水量42-43
• 4.1.1 InVest模型产水量模拟42-43
• 4.1.2 模型验证43
• 4.2 水质净化功能模拟43-48
• 4.2.1 InVest模型模拟43-47
• 4.2.2 模型验证47-48
• 第五章 未来不同情景下的土地利用模拟48-62
• 5.1 CLUE-S模型参数设置48-54
• 5.2 CLUE-S模型验证54-55
• 5.3 未来土地利用情景模拟55-62
• 5.3.1 自然增长情景56-57
• 5.3.2 生态红线保护情景57-58
• 5.3.3 生态红线+河岸防护带情景58-62
• 第六章 未来不同情景下的水质净化功能模拟62-71
• 6.1 未来不同情景下的产水量模拟62-65
• 6.2 未来不同情景下的水质净化功能模拟65-68
• 6.3 未来不同情景下的水质净化功能变化分析68-71
• 第七章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 创新点72
• 7.3 不足之处与展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 作者简介79

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