多因素驱动下的水资源水环境时空响应与耦合协调研究——以京津冀地区典型流域为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯朝晖 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 董云社 ; 王凌青 |
| 关键词 | 水资源与水环境 耦合协调 土地利用变化 景观格局演变 气候变化 社会经济发展 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 水资源的多少影响水体污染物浓度与水环境容量，水环境质量又决定可用水资源量，二者相互影响与制约。同时，人类活动作用下的土地利用变化、景观格局演变、社会经济发展以及气候变化等因素均会对水资源和水环境产生影响。海河流域水环境问题严重，京津冀地区经济发展迅速、人类活动剧烈；因此本研究选取了作为特大城市水源地的京津冀北部典型流域作为研究区域，总结多因素驱动下的水资源和水环境响应规律，对水资源与水环境进行模拟及情景预测，并探讨水资源水环境之间的耦合协调发展。（1）水资源的时空变化显示，研究区径流年际变化呈波动上升趋势，整个研究区水资源南多北少、南北分布不均。驱动要素对水资源的影响十分明显：耕地及不透水面的转入在2014~2018年促进了径流量的增加；由于复杂景观的拦截，径流在整个研究时段均与SHAPE_MN存在显著负相关。降水深刻影响地表水资源，基于Budyko假设得到当降水增加1mm时，径流深增加0.724mm；地表水资源还与人口密度及其带来的工业活动密切相关。 （2）水环境状况表明，研究区东北部和中南部存在明显有机污染，中南部则氨氮（NH3-N）、总磷（TP）等营养盐浓度较高。自组织神经网络（SOM）聚类结果表明：农业添加在2015和2018年使附近河段污染物种类增加，而林地的吸附隔离则降低了附近水体的有机污染和NH3-N浓度；CONTAG指数与IMn成正相关表明破碎景观不利于植被生态效益的发挥，令更多污染物进入水体，而COHESION与溶氧（DO）在2011年的正相关则表明较高的连通性有利于水环境净化。基于遗传算法优化的反向传播神经网络预测得，升温会加速水底磷内源释放与水体富营养化；暴雨径流增加则会加速土壤侵蚀与面源污染，对水体的有机污染与营养盐含量产生正向扰动。随机森林回归则表明，2011年的农业活动和2015年的城镇生活均给水环境带来了负担，2018年的工业产值密度则是影响河流磷含量的首要原因。 （3）基于分布式模型的水资源模拟预测表明：研究区径流量模拟精度在率定期及验证期R2分别为0.76和0.97；NS分别为0.75和0.65。在SSP126情景下的远景未来时期（2051~2060年），径流量将比历史时期增加32.44%；而在SSP585情景的2041~2050年和2051~2060年远景未来时期，径流量分别降低36.31%和5.96%，表明高辐射强迫与高社会脆弱性影响在长远看来并不利于水资源的补充。机器学习对水环境的模拟预测表明，Bagging算法对DO、IMn、NH3-N和TP均具有最高模拟精度。未来城镇发展情景中中部和中南部河段的NH3-N和TP较高，且越来越大范围的水体会因城镇发展程度的加深而受到有机污染；未来生态保护情景中有机污染将逐步改善，且西部、中部及南部河段因生态保护举措，氨氮、磷负担将减轻。 （4）对研究区水资源水环境的综合水平进行评估、分析其耦合协调发展趋势及障碍因素，并对二者在未来情景下的耦合协调趋势进行预测，结果表明：基于TOPSIS的综合评价显示研究区水资源水环境的综合水平呈曲折上升趋势。水资源水环境耦合协调度在2011~2020年呈波动上升趋势，2018年达到最高协调度0.851；区域南部耦合协调度一直高于其它地区。2011~2015年水资源发展一直受农田灌溉用水量的阻碍，而影响水环境发展水平的主要是磷肥折纯量、生活污水排放量和溶解氧浓度。2021~2030年自然发展情景中的水资源水环境耦合协调度为中级协调和初级协调；由于耗水和施肥量的增加及污染物的排放，未来经济发展情景中的耦合协调度为同期最低；而协调可持续高质量发展情景的耦合协调度由于双管齐下的措施使其高于同期的自然发展情景与环境保护情景。 研究充分掌握了流域水资源水环境的变化特征及发展的制约因素，能够为水资源水环境科学管理提供参考与依据。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 215 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209246]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯朝晖. 多因素驱动下的水资源水环境时空响应与耦合协调研究——以京津冀地区典型流域为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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