内陆河流域城镇体系与流域空间结构相互作用的生态经济效应研究——以石羊河流域为例

本项目将流域水资源系统- - 绿洲荒漠系统- - 城镇系统- - 生态经济系统问题整合考虑，强调系统间的相互作用和过程耦合研究。引入系统论、演化论、时空统一论，研究流域水资源格局作用下的城镇体系演化的顺序性、延续性和积累效应。提出了城镇域元、城镇水资源承载力域元和城镇竞争行为等概念。在分析石羊河流域城镇体系发展演化动力、过程和格局的基础上，总结城镇体系发展与流域空间结构演变相互作用的基本规律。研究流域内城镇间的水资源竞争机制和空间行为，定量评价流域适度规模城镇体系水资源承载力的空间结构及其稳定性。分析不同情景下的水资源空间转移过程和可转移的乡村水资源量，预测评价人口迁移、产业集聚及其引起的空间生态经济效应。建立水资源利用空间转移条件下的时空统一的流域城镇规模体系和空间布局的分析方法及框架。开发城镇体系与流域空间结构动态耦合的生态经济效应模型，发展内陆河流域城镇体系与流域空间结构相互作用的一般理论模式。

应用社会经济、TM遥感影像等多源数据，采用地统计学方法，深入分析了内陆河流域气候、水土资源等要素空间结构演变特征，阐明不同空间尺度水土资源空间耦合机制；分析了石羊河流域城镇体系发展演化动力、过程和格局特征，阐明了内陆河流域水资源空间结构演化与城镇体系发展的相互作用机理及耦合过程，科学评估了城镇体系与流域空间结构相互作用的生态后效。结果表明：①近54年来石羊河流域暖湿化趋势明显，流域内各土地利用景观类型及其组成依海拔呈垂直性分布，1986-2010年石羊河流域城乡建设用地持续增加，而其它土地利用类型均出现了不同的变化特征，2006年为转折年，依据土地利用景观格局特征确立了景观格局优化的重点生态节点和源地。②石羊河上游出山径流微弱减少的波动变化对气候响应敏感，而下游来水量的快速减少发生在上世纪70年代初，70年代中期以来，中游河川径流量耗损中人文因素的贡献率高达80%左右，下游地区11-17m地下水埋深是各景观指数的转折区域。③近20多年来，石羊河流域城镇用地以“点-轴”模式扩展，形成了内陆地区城市独特的扩展极核和扩张轴线，流域内部城乡体系空间联系紧密的区域集中在凉州区周围及沿国道至永昌、古浪一线，城乡空间扩张速度较快区域中心点是凉州区和金川区，其中，凉州区中心城区扩展方向、城区形状及城镇建设用地扩展强度在2000年前后发生明显变化，城镇之间作用强度最大的是凉州区和古浪县。④流域城镇化与水资源环境系统耦合度表现出明显的阶段性和波动性，整体呈下降趋势，并以2007年为界呈现出两个连续“U”型；2000-2009年凉州区城市水资源承载力在波动中呈下降趋势，水资源超载度逐年增加，城市适度规模与实际人口的距离协调度处于初级协调发展绿灯区向濒临失调衰退黄灯区过渡阶段；未来情景模拟结果表明，节水技术的不断提高且人口实行高控制时，能够在一定程度上缓解目前武威市所面临的水资源压力，同时又能满足武威市的发展要求，是一种相对较适合武威市的发展模式。⑤1987-2010年武威市城镇化发展过程中，其水土资源利用生态风险指数均呈增加趋势，中下游综合生态风险总体大于上游地区，上游地区为典型的生态“输出”型地区，而中游与下游为典型的“输入”型地区，流域不同域元总的生态服务价值分布与土地面积分布相反。研究结果为石羊河流域综合治理、城镇体系发展布局规划以及推进生态文明的干旱区流域空间结构提供科学依据。