三江平原沼泽湿地生态承载力与可持续调控模式研究

摘要

三江平原为黑龙江、松花江、乌苏里江汇流冲积形成的低地平原，是我国乃至世界沼泽湿地集中分布且面积最大的湿地区域，在亚洲甚至全球有着重要的位置。20世纪50年代开始至今，三江平原经历了四次大规模的开发。目前每年粮食总产达70多亿公斤，成为我国重要的商品粮基地。与此同时，由于过度开垦和排干沼泽，三江平原原有的生态环境逐渐恶化，湿地面积缩小了60％，多种动物了无踪迹，土地沙化、流失严重，旱涝灾害频繁，使种粮效益大幅度下降，2002年1月，三江自然保护区被列入《国际重要湿地名录》，这块淡水湿地因此引起了国内外专家、学者的更多关注。当地政府从2001年全面停止持续了半个世纪的垦荒。这个具有历史意义的变化标志着黑龙江垦区结束了过去长期靠开荒增加粮食产量的历史，从而迈进了经济、环境和生态可持续发展的新阶段。这对于改善这里的生态环境，保护这片国际闻名的重要湿地将产生深远的影响。因此，科学的研究湿地生态系统的承载能力，对其水土资源系统进行模型化研究，并制定相应的可持续调控模式成为今后研究的主题。 以往的承载力研究基本上是脱离开生态系统整体效应的单要素研究，侧重于从单项资源(土地资源、水资源、生物资源)现有总体数量对人口的承载能力方面进行分析与研究，而忽视了生态系统的整体效应对系统承载力的影响，因而造成了生态系统总是处于负荷状态，许多地区的生态恶化都是在生态系统超负荷状态下造成的。因此本项目研究以三江平原沼泽湿地为研究平台，以可持续发展为目标，从沼泽湿地水资源、土地资源、水环境等多方面入手，对湿地水土资源进行系统性分析，建立相应的数学模型，为其今后长期可持续利用提供科学依据。 本论文研究以整个三江平原为研究平台，运用多种数学模型利用与方法，系统研究了如下几方面内容： 一、三江平原沼泽湿地生态承载力研究 (1)结合三江平原沼泽湿地的实际情况，在阐述湿地生态系统功能、效益的基础上。分析了目前湿地面临的问题。基于生态承载力的观点，阐述了湿地生态承载力定义及特点、湿地生态可持续承载基本原理与机制以及湿地生态承载力可调控方式。 (2)采用分级评价的方法，对三江平原沼泽湿地生态承载力进行综合评价。建立了三级评价指标体系。一级评价(生态弹性度评价)，准则层选取6个因子，指标层选取19个评价指标；二级评价(资源与环境承载力评价)，准则层选取10个因子，指标层选取23个评价指标；三级评价(承载压力度评价)，准则层选取2个主要因子，指标层选取7个评价指标。将三江平原划分为6个地区，即萝北地区、同抚地区、挠力河地区、安邦河地区、倭肯河地区与穆棱河地区。采用改进的基于加速遗传算法的层次分析技术，分别进行单项评价与整体。评价结果表明，整个三江平原大部分生态系统处于中稳、较高承载、中低压区，表明三江平原生态承载能力比较高，人口压力不大。 (3)本文在脉冲耦合神经网络(PCNN)模型两大基本特性(耦合机制、脉冲输出)的基础上对其进行了改进。将PCNN与多目标模糊模式识别模型结合，提出了基于模糊PCNN的生态承载力评价新模型，并采用13个评价指标对三江平原6个地理分区的生态承载力评价指标标准和PCNN模型调整后的数据分别计算它们的隶属度，最后得出各个地理分区的生态承载力综合评价结果。 (4)以湿地生态区域作为整体系统来研究，基于生态承载力区域评价，综合考虑区域的经济、社会、资源、生态环境等重要因素，选取人均GDP、人均住房面积、人均生活用水、人均公共绿地面积、人均道路面积、中等职业学校在校生数、病床数7个指标和佳木斯市、双鸭山市、七台河市、鸡西市、鹤岗五个城市作为研究目标，建立了区域可持续发展的人口承载力综合分析模型体系。根据人口承载力模型体系，在参考“三步走”发展战略、中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年(2006～2010年)规划纲要，结合三江平原区域实际状况，对区域的可持续发展状态指标总量进行系统预测(按时间序列)，包括经济发展水平、社会发展水平、环境水平以及资源利用状况，拟定了两个承载质量标准，分别为小康水平、富裕水平以及相应的指标阈值，运用主成分分析法测算人口承载能力，为区域可持续发展提供决策支持。 二、基于GIS技术的三江平原地下水资源评价 运用GIS技术，以AreGIS软件作为模型的研究平台，选取三江平原东北部的创业农场、洪河农场、红卫农场、前进农场作为评价对象。利用ArcGIS软件创建了降雨量等值图层、等高线图层、水系图层、渠系图层和行政区域图层等，建立了四个农场的降水量、地下水动态等要素的GIS数据库。利用ArcGIS软件中的Kring模块和Arcscene工具对数据和图像进行处理和分析，绘制了四个农场地区地形、水系三维视图。同时结合动态平衡法，实现地下水含水层的三维可视化，对三江平原湿地地区地下水资源的空间分布以及地下水水位动态变化进行评价。分析得出自1997年有地下水观测资料以来，该区域地下水水位持续下降，地下水位最大处下降5.8m，至2005年累计亏损6.89x10<'8>m<'3>，今后该区域应采取相应措施来缓解地下水的压力。 三、三江平原沼泽湿地水文水资源环境变化分析 通过对沼泽湿地所特有的水文特征和典型沼泽湿地水量平衡方程的研究，分析了三江沼泽湿地变化的影响因素(气候变化、区域径流变化、土地利用方式的改变对沼泽湿地的影响、水利工程措施的影响)。并对湿地水文水资源的变化生态效应进行了分析。指出人类活动的干扰直接导致沼泽湿地水文水资源环境的变化，湿地面积不断的减少，使湿地生态功能不断下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.引言

1.1立题依据

1.2研究的目的和意义

1.3国内外研究动态和趋势

1.3.1国外研究动态

1.3.2国内研究动态

1.3.3发展趋势

1.4主要研究内容、方法与技术路线

1.4.1主要研究内容、目标

1.4.2主要研究方法及技术路线

2.湿地生态承载力内涵理论基础及GIS理论

2.1湿地生态系统

2.1.1湿地定义

2.1.2湿地生态功能与效益

2.1.3湿地分类与分布

2.1.4湿地目前现状及面临的威胁

2.2生态承载力提出与发展

2.3湿地生态承载力与可持续发展

2.3.1可持续发展

2.3.2湿地生态承载力定义及特点

2.3.3湿地生态系统可持续承载条件

2.3.4湿地生态可持续承载基本原理与机制

2.3.5湿地生态承载力可调控方式

2.4 GIS理论

2.4.1 GIS在生态承载力中的应用

2.4.2 GIS在地下水资源评价中的应用

3.湿地生态承载力研究方法

3.1湿地评价与生态承载力评价现状

3.1.1湿地评价现状

3.1.2生态承载力评价现状

3.2湿地生态承载力判定模式

3.2.1湿地生态承载模式

3.2.2湿地生态压力模式

3.3湿地生态承载力评价方法和指标选取基本原则

3.3.1湿地生态承载力评价方法

3.3.2评价指标选取基本原则

3.4评价指标权重的确定

3.4.1层次分析法

3.4.2改进的层次分析法

3.5 PCNN模型与模糊算法耦合的原理与方法

3.5.1 PCNN模型结构及原理

3.5.2在PCNN模型中引入模糊算法

3.6湿地生态承载力评价指标体系构建

3.6.1一级评价指标体系的建立

3.6.2二级评价指标体系的建立

3.6.3三级评价指标体系的建立

3.6.4湿地生态承载力评价综合评价

3.7评价指标体系概述及评价标准

3.7.1一级评价指标体系概述及评价标准

3.7.2二级评价指标体系概述及评价标准

3.8基于生态承载力的区域可持续发展判定方法

3.8.1可持续发展图谱

3.8.2可持续发展综合分析的模型体系

4.三江平原概况

4.1自然概况

4.2三江平原水土资源利用现状

4.3水环境现状

4.4三江平原生态环境问题

4.4.1三江平原地区自然条件下存在的环境问题

4.4.2三江平原地区社会、经济发展带来的环境问题

4.5三江平原沼泽湿地水文水资源环境变化分析

4.5.1沼泽湿地水文特征

4.5.2三江平原沼泽湿地变化影响因素

4.5.3土地利用方式的改变对沼泽湿地的影响

4.5.4水利工程措施的影响

4.5.5湿地水文水资源的变化生态效应分析

5.三江平原沼泽湿地生态承载力评价

5.1三江平原沼泽湿地生态弹性度计算与分析评价

5.2三江平原沼泽湿地资源环境承载指数计算与分析评价

5.2.1资源承载指数计算与分析评价

5.2.2环境承载指数计算与分析评价

5.3资源承载压力度计算与分析

5.4三江平原生态承载力综合分析评价

5.5 PCNN与模糊算法耦合的生态承载力评价

5.6 小结

6.基于GIS的三江平原地下水资源评价

6.1研究区域的概况和研究方法

6.1.1研究区域的概况

6.1.2研究方法

6.2地下水位动态分析

6.3计算成果分析

7.可持续发展模式研究

7.1三江平原六城市人口承载力研究

7.2三江平原沼泽湿地生态可持续承载分析

7.2.1三江平原的开发史

7.2.2三江平原沼泽湿地生态环境变化分析

7.2.3三江平原沼泽湿地可持续发展策略分析

8.结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文