河岸植被缓冲带定量规划的理论、方法与实证研究

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版次：5
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印刷时间：2013年09月01日
开本：12k
纸张：
包装：平装
是否套装：否
国际标准书号ISBN：9787122172976
作者:左俊杰, 蔡永立著出版社:化学工业出版社出版时间:2013年09月

内容简介

目　　录

第1章绪论
1.1研究背景1
1.2研究目标与研究内容4
1.2.1研究目标4
1.2.2研究内容5
1.3研究技术路线6
1.4研究创新点7

第2章研究进展综述
2.1河岸植被缓冲带的概念和特征8
2.1.1概念8
2.1.2特征9
2.2河岸植被缓冲带的组成、结构、范围和功能10
2.2.1组成10

第1章绪论 
1.1研究背景1 
1.2研究目标与研究内容4 
1.2.1研究目标4 
1.2.2研究内容5 
1.3研究技术路线6 
1.4研究创新点7 
 
第2章研究进展综述 
2.1河岸植被缓冲带的概念和特征8 
2.1.1概念8 
2.1.2特征9 
2.2河岸植被缓冲带的组成、结构、范围和功能10 
2.2.1组成10 
2.2.2结构与范围12 
2.2.3功能17 
2.3河岸带退化修复18 
2.3.1修复目标和途径18 
2.3.2参照系19 
2.4河岸植被缓冲带规划22 
2.4.1空间布局22 
2.4.2宽度研究23 
2.4.3植被种类26 
 
第3章滴水湖汇水区数据库建立 
3.1研究区域概况28 
3.2数据库建立30 
3.2.1地形31 
3.2.2坡度32 
3.2.3土地利用/覆盖与曼宁系数33 
3.2.4土壤类型与土壤水分运动参数36 
3.2.5河岸带植被41 
 
第4章上海地区河岸带植被参照系 
4.1研究区域概况46 
4.2研究方法48 
4.2.1样方设置48 
4.2.2河岸带植被类型49 
4.2.3参照指标的选取49 
4.2.4参照值的确定49 
4.3结果与分析50 
4.3.1河岸带植被类型50 
4.3.2参照值51 
4.4讨论54 
 
第5章滴水湖汇水区划分 
5.1研究区域概况59 
5.2研究方法59 
5.2.1河网概化与河网地块59 
5.2.2河网地块内汇水区划分60 
5.2.3河网地块间汇水区划分68 
5.3模型验证与参数率定70 
5.3.1河网概化与模型边界70 
5.3.2水动力模型的率定与验证72 
5.3.3河网地块内汇水区划分方法验证74 
5.4结果与分析85 
5.4.1各出口水闸流量分析85 
5.4.2汇水区划分89 
5.5讨论92 
 
第6章滴水湖汇水区面源污染负荷及汇流路径模拟 
6.1研究区域概况96 
6.2研究方法96 
6.2.1降雨特征分析96 
6.2.2径流量计算96 
6.2.3面源污染负荷计算101 
6.2.4汇流路径模拟103 
6.3结果与分析103 
6.3.1降雨特征103 
6.3.2产流量计算108 
6.3.3面源污染负荷及汇流路径113 
6.3.4汇水区类型121 
6.4讨论123 
 
第7章滴水湖汇水区河岸植被缓冲带定量规划 
7.1研究区域概况127 
7.2研究方法128 
7.2.1空间布局128 
7.2.2宽度计算模型128 
7.2.3宽度绘制模型136 
7.2.4情景模拟138 
7.2.5确定植被种类与组成139 
7.3结果与分析139 
7.3.1河岸植被缓冲带空间布局139 
7.3.2河岸植被缓冲带宽度142 
7.3.3植物种类及组成166 
7.3.4 现状对比分析与规划结果评估171 
7.4讨论180 
 
第8章结论与展望 
8.1结论182 
8.1.1规划方法和技术182 
8.1.2实证研究183 
8.2展望186 
 
附录 
附录一缩写表187 
附录二滴水湖汇水区常见植物名录188 
附录三上海地区河岸带植被类型191 
 
参考文献193

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前　　言

河岸植被缓冲带是指河岸两侧向岸坡爬升的由树木及其他植被组成的缓冲区域，其功能是防止由坡地地表径流、废水排放、地下径流和深层地下水流所带来的养分、沉积物、有机质、杀虫剂及其他污染物进入河溪系统。因而，河岸植被缓冲带规划是河流水质保护的重要手段和前提条件，对维系河流生态系统的健康有着重要的作用，受到学术界、建设和管理部门的广泛关注。 
如何规划河岸植被缓冲带，主要取决于以下几个问题的回答：①如何考虑河岸植被缓冲带的空间布局？②河岸植被缓冲带的宽度如何确定？③在宽度确定的基础上，如何确定植物种类和植物组成？ 
本项研究首先对国内外相关研究进行综述、比较，并根据平原河网地区地势平坦、快速城市化的特点，基于GIS平台，筛选和建立了一套适合平原河网地区的河岸植被缓冲带规划技术和流程；同时，通过对上海地区河岸带植被的野外调研和数量分析，建立区域河岸植被缓冲带的参照系。以上海市滴水湖汇水区为实证研究对象，利用“3S”技术，建立空间数据库，定量模拟汇水区的面源污染负荷、汇流路径；在此基础上，确定河岸植被缓冲带的空间格局、宽度、植被种类和数量组成，最终实现区域河岸植被缓冲带的定量规划。论文的研究结论可以从规划方法和技术、实证研究两个方面进行概括。 
规划方法和技术 
（1）河岸植被缓冲带规划流程：应建立在“参照系构建-汇水区划分-面源污染负荷计算和汇流路径分析”的基础上。河岸植被缓冲带规划主要包含两个方面：一是根据面源污染负荷及汇流路径确定河岸植被缓冲带的空间布局和宽度；二是在空间布局（位置）和宽度计算模拟的基础上，依据建立的河岸植被参照系，确定河岸植被的种类以及组成。 
（2）参照系建立：本研究通过对上海地区河岸带植被的野外调研和数量分析，建立该区域河岸植被缓冲带的参照系。 
（3）汇水区划分：针对传统的汇水区划分方法在平原河网地区应用的局限性，本研究提出了适合平原河网地区汇水区的划分方法。在河网地块内部，通过修正Getirana等人的DEM融合算法，提出了适合上海地区的DEM融合算法，基于修正算法通过距离偏移矩阵运算和高程偏移矩阵运算，将影响径流特征的地物要素（如道路、建筑、坑塘以及排水管网）叠加到原始的“伪”DEM中，起到细化DEM的目的，提高平坦区域河网地块内河网提取和汇水区边界模拟的精度。在河网概化的基础上，在MIKE11中建立河网一维非恒定流水动力模型，依据水动力学模型模拟河道在水利控制设施（节制闸、出海闸以及翻水站等）调控作用下引水或排水期间河网的水位、流向以及水量等，确定各出水口所对应的范围，完成汇水区的划分。 
（4）面源污染负荷计算及汇流路径分析：本研究通过修正的SCS模型和PLOAD模型对单场次降雨条件下的面源污染负荷做了计算，并模拟了面源污染的汇流路径。 
（5）河岸植被缓冲带规划：基于面源污染途径确定河岸植被缓冲带的空间布局；通过对时间模型和水文模型进行修正，计算得到河岸植被缓冲带所需的最小宽度；依据参照系确定植物种类和数量组成。 
实证研究 
（1）参照系建立：通过对上海地区河岸带植被的野外调研，利用SPSS软件进行聚类分析得到8种河岸带植被类型。分别对8种河岸带植被调查数据进行统计分析，确定了不同植被类型的参照值。 
（2）汇水区划分：通过对汇水区内各出口水闸的开启状态进行分析，发现各出口水闸的开启状态会随着内河水位的变化而变化，河网水流方向也呈周期性变化，滴水湖汇水区的范围是一个动态范围，伴随着出水口的改变而改变。滴水湖的汇水区范围共有三种方案，其中非引水期间（模式1）的汇水区范围最小，为76.15km2，此汇水区存在的持续时间最长，达到282d，引水期间（模式3）汇水区范围最大，面积为233.5km2，持续时间为80d，处于两者过渡状态（模式2）的汇水区范围持续时间最短，为3d，面积介于两者之间，为92.29km2。 
（3）面源污染负荷计算及汇流路径：从面源污染负荷计算结果来看，在汇水区划分模式2下的面源污染的空间分布与模式1类似，产生NH3-N、TN、TP和TSS总量最大的区域主要位于滴水湖的东北侧，紧邻滴水湖的西侧区域产生的NH3-N、TN、TP和TSS总量较少。而汇水区划分模式3下产生NH3-N、TN、TP和TSS总量的区域主要集中在滴水湖的东北侧和西侧，东北侧区域内的面源污染较为集中，都集中在2号河网地块，与之相对应的是滴水湖西侧的面源污染呈散点状分布，各地块均有分布，且集中在河网地块中心位置。汇水区划分模式3下产生的面源污染产生的区域最广，对滴水湖水质的影响作用最大，对该模式下的面源污染防治也显得尤为关键。对面源污染的汇流路径进行分析，发现NH3-N、TN、TP和TSS的汇流路径均以B1（坡面径流-沟渠-1级河流）为主，其次为B2（坡面径流-沟渠-2级河流）和A1（坡面径流-1级河流），通过三种路径排放的面源污染负荷量占到面源污染排放总量70%以上，河岸植被缓冲带的空间布局和后续的河岸植被缓冲带建设应重点考虑这些区域。 
（4）河岸植被缓冲带规划：设置了情景模式1（基于河流两侧现状土地利用类型）和情景模式2（基于河流两侧土地利用类型为林地），模拟这两种情景模式下河岸植被缓冲带的宽度和空间布局。在规划情景模式1中，河岸植被缓冲带宽度在9～74.5m之间变化，宽度主要集中在17.1～42.4m之间。在规划情景模式2中，河岸植被缓冲带宽度在9～56.4m之间变化，宽度主要集中在13.3～29.8m之间。此外，在宽度确定的基础上，选择人民塘、随塘河及其支流作为代表性河段，以植被参照系为依据，对这些河段的植物种类与组成做了定量研究。 
论文创新点 
（1）对国内外相关研究进行综述、比较，并根据平原河网地区地势平坦、快速城市化特点，基于GIS平台，筛选并建立了一套适合平原河网地区的河岸植被缓冲带规划技术和流程。 
（2）通过对上海地区河岸带植被的野外调研和数量分析，建立区域河岸植被缓冲带的参照系。 
（3）针对传统的汇水区划分方法在平原河网地区应用的局限性，本研究提出了适合平原河网地区的汇水区划分方法。 
关键词：河岸植被缓冲带；平原河网；汇水区；流域；面源污染；滴水湖

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