河网地区不透水面的多尺度水环境响应与调控阈值研究

河网地区的资源环境系统受人类活动干预十分深刻，以不透水面为新的视角，探讨河网地区城市化的水环境响应规律，对于提出区域资源环境管理新思路具有重要意义。本申请课题拟以长三角河网地区典型区域-上海地区为研究区域，在探讨建立具有区域特色的"河岸带－排水片－水利片"多尺度汇水单元体系基础上，拟通过大量实地调查并基于ISAT模型，判别提取汇水单元的有效不透水面及其格局特征，分析不透水面与当前重点关注的水环境指标之间的非线性关系，判断影响水环境的不透水面的数量阈值及尺度效应。进一步采用直接梯度分析等技术方法，定量解析不透水面的景观格局与水环境之间的压力响应规律。尝试构建基于生态排水理念的不透水面全过程调控机制，从宏观层面上为平原河网地区的生态城市规划及河流管理提供新指标和新依据。

河网城市不透水面快速扩展，已成为影响河流生态系统健康的主要因素，理解掌握区域不透水面与河流生态系统之间的压力响应关系十分必要。以国外研究为重点，从不透水面的识别技术方法、流域不透水面与河流生态系统状况之间的压力响应关系、不透水面在流域土地利用规划调控和河流管理应用等三个方面，回顾了不透水面研究的主要进展，特别对不透水面影响河流生态系统的阈值效应进行了较细致梳理。从研究区域、研究视角、研究方法、决策应用等四个方面，讨论了当前研究可能存在的问题。.以上海地区为例构建河网城市的研究方案，以水环境断面缓冲区为多尺度水文单元，对区域水环境质量与总不透水面（TIA）之间的响应关系进行研究。结果表明：区域总不透水面比率（PTIA）与主要水质指标之间呈现出非线性相关关系，存在阈值效应（PTIA=60%）。当PTIA<60%，水环境质量与PTIA未有明显关联关系；当PTIA>60%，水环境质量随PTIA增加呈显著指数上升趋势；区域总不透水面比率与水中的溶解氧（DO）之间表现为简单的线性响应关系，随PTIA 增加而单调递减；TIA与区域水环境质量间阈值效应没有呈现明显的尺度效应，从河岸带尺度到最大缓冲区尺度内，不同汇水单元尺度下的阈值效应十分接近。.采用GIS划分水质断面的不同半径缓冲区作为平原河网地区水质响应单元（集水区），探讨了区域景观格局对地表水水质空间分异规律的控制作用，初步研究显示，①景观格局变量与水质参数的RDA分析结果表明，景观格局是控制平原河网地区水质空间分异规律的主导因素，各个半径缓冲区空间单元景观格局变量对水质空间分异现象的解释比例均大于50％。土地利用强度差异、水文联系、点源污染等非景观格局因素对研究区域水质空间分异亦有贡献。②影响水质空间分异的景观格局变量随研究空间尺度增加而趋向多元化，在较小尺度上唯有少数景观格局数量指标对水质分异具有显著解释能力，而较大尺度上景观格局的数量指标、结构指标以及区域水文特征都有显著影响。③景观格局的环境响应规律具有明显的尺度依赖性，景观格局变量对水质分异规律的解释能力随研究尺度增大而增加，但这种解释能力的增加率随尺度增加趋于平缓，景观格局对水环境控制作用在空间尺度上表现为非线性关系。