城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境影响研究

摘要

城市化正以前所未有的速度在全球发生，城市已成为世界各地经济发展最重要的推动力。特别是在新兴和发展中经济体，越来越多的人生活在城镇。城市化正在成为环境变化的驱动因素、大趋势和治理挑战(见:联合国《全球环境展望》报告(GEO-6))。 流域是环境科学的主要研究对象，也是区域生态环境、经济社会发展等复杂问题的载体。鄱阳湖为中国第一大淡水湖，属于过水性、吞吐型、季节性湖泊。鄱阳湖是长江中游重要的湖泊，年均入江水量达1450亿m3，约占长江径流量的15.6％，在长江生态格局中具有十分重要的地位;其湿地、滩涂等具有重要的生态价值，是世界上最重要的候鸟越冬栖息地之一。近年来，随着鄱阳湖流域城镇发展水平的不断提高，对其流域生态环境产生了不同程度的胁迫。 本文以探讨鄱阳湖流域城镇化驱动因子为切入点，从时间、空间、产业和行为等视角，建立“人口-土地-经济-生态”四维城镇耦合协调模型，从“人-城-湖”综合生态系统的结构、过程、功能、承载等角度探讨路径，以水动力水交换模型分析影响机理，探讨流域城镇化对生态环境影响过程，并对城镇化发展提出具有可操作性的优化路径。 主要研究及结论如下: 1.识别了鄱阳湖流域城镇化过程时空特征。通过对近40年的流域城镇人口、土地、经济、生态等方面的演化分析，表明流域城镇体系基本稳定在均衡型发展状态，城镇的Zipf分形维数分别为0.702、0.690，分布相对比较分散、均匀，首位城市垄断性不强。流域土地城镇化过程整体处于螺旋式快速增长态势，空间发展不均衡，土地利用结构也发生了较大的改变。流域经济空间重心已经从赣南地区逐渐迁移到赣中和赣西北地区;经济结构从农业为主转变到以二、三产业为主导的城镇经济结构体系。 2.探讨了鄱阳湖流域城镇化驱动因子。通过对人口城镇化、土地城镇化、经济城镇化和生态城镇化等分别构建影响因子分析模型，并通过全因子模型和关键因子模型进行分析，开展了鄱阳湖流域城镇化驱动因子的研究。表明:(1)流域人口城镇化水平的变化与人均GDP、第二产业产值指数、土地城镇化水平、第二产业劳动生产率、第三产业劳动生产率、第二产业就业指数等6个指标具有显著的线性关系;并且第二产业发展水平是影响其人口城镇化的关键因素。(2)非农产业的发展是影响流域土地城镇化进程的关键因子之一。非农产业比重和第三产业比重属于重要影响因素;地理因素也具有重要影响，当L≤1（L为土地城镇化率），纬度、地形起伏度、高程等地理要素均与土地城镇化进程呈现明显相关性;当L＞1时，纬度等地理要素也与土地城镇化率呈明显相关性。(3)流域经济城镇化空间演化与人均GDP、单位建成区土地面积亿元产值、第一产业产值指数、第二产业就业指数、第一产业就业指数等5个指标的空间分布情况呈现显著相关;人均GDP正在成为影响其经济城镇化水平的关键因素。(4)工业用电量、社会消费品零售、单位建成区土地面积产值、公交出行，工业二氧化硫排放量是生态城镇化空间演化的核心因子。 3.探讨了城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境的影响机理。通过构建流域“人口—土地—经济—生态”城镇化协调耦合模型，开展定量分析研究;从城镇人口增长、城镇产业结构变化、土地利用方式变化等方面探讨了城镇化过程对鄱阳湖区生态环境影响路径分析;从城镇化过程对湖体形态和污染来源等方面，构建水动力水交换模型，分析水域污染物迁移分异特征，剖析城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境影响的机理。研究表明:(1)流域城镇化综合系统在时间方面呈线性增长的优化态势，逐渐进入临界态;在空间方面差异明显，赣北地区最高，赣南地区最低;流域各子系统也分别呈线性增长，并具有明显阶段性驱动特征，由经济城镇化占主导逐渐过渡到生态城镇化，目前正处于土地城镇化占主导的阶段，其子系统指数为0.913、0.926。(2)流域城镇发展对地面径流、水域面积和岸线产生影响，岸线几何形态更加趋于简单线条化，对水域污染物迁移转化过程和水体自净功能形成负面影响。(3)鄱阳湖区水体水交换速率较慢，内湖北部湖区流速整体上高于南部湖区;都昌县南部部分水域、鄱阳县北部的东部湖湾、内湖南部近岸湖区部分河漫滩和人工河滩的边缘水体受流速较低的影响，水交换能力极差。(4)流域城镇化水平较高的赣江流域入湖氮磷污染物是丰水期湖区水体污染物的主要来源;内湖东部湖湾水体水交换能力较差，污染物滞留时间较长，水质较差。 4.分析了城镇化过程对鄱阳湖区生态环境的影响。本文从面板数据分析和实验分析两个角度，在流域生态系统和水域环境质量两个方面进行研究;重点选取了作为典型的持久性有毒污染物代表重金属作为分析对象，按洪、枯两季，在入江河道、内湖北部湖区以及周边湿地采集的表层沉积物或表层为代表，分析城镇化过程对鄱阳湖水域环境质量的影响。研究表明(1)城镇化过程对滩涂湿地、水资源、生物链等方面都产生了较大影响;城镇建设对流域土地侵占，导致洪涝、山体滑坡、泥石流等灾害发生率呈明显增长态势;城镇用水总量保持线性增长，增加了42.3％;城镇化过程也导致了生物多样性减少和生物链安全受到胁迫，近10年内流域候鸟种类和总数均在不断减少;水体及沉积物中的重金属等有毒有害物质的富集对流域生态系统产生比较严重的生态胁迫。(2)研究区域的南部站位的重金属均相对较高，入湖河流的输入是鄱阳湖流域沉积物中重金属的主要来源之一。沉积物中Zn、Cu、Cd、Pb、Ni和Co这些元素的在丰水期以及枯水期的平均含量均要高于背景值，其中Zn元素在丰水期及枯水期的含量要高13.6倍和15.0倍，Cu元素要分别高11.4倍和10.3倍，Pb元素要分别高4.7倍和4.3倍，Ni元素要分别高5.0倍和5.7倍，Cr元素分别要高1.1倍和1.8倍。 5.对城镇化发展提出了具有可操作性的优化路径。本文提出从鄱阳湖流域产业空间重构、培育产业集群、完善社会支持体系等方面建立城镇化与工业化互动发展机制;从区域环境综合系统、环境容量及环境自净能力动态变化等方面建立区域生态环境动态控制体系;从生态环境管理统筹机制、评价机制、运行机制等方面建立鄱阳湖流域环境管理新机制;从环境管理监控、土地生态功能监控、生态环境监测等方面建立数字化城镇运营系统的建议。

目录

摘要

图目录

表目录

第1章绪论

1．1选题背景

1．2选题意义

1．3研究技术路线

1．3．1研究思路

1．3．2研究目标

1．3．3拟解决的关键问题

1．3．4技术路线

1．4主要研究内容

1．5研究方法

1．6研究数据及资料来源

2．1．1人地关系理论

2．1．2可持续发展理论

2．1．3系统学理论

2．1．4耗散结构理论

2．1．5流域生态学理论

2．1．6城市发展理论

2．1．7区位理论

2．2国内外研究现状

2．2．1有关城镇化概念研究

2．2．2有关城镇化驱动因子研究

2．2．3有关城镇化协调测度分析

2．2．4有关流域城镇化演化及驱动机制研究

2．2．5有关生态环境效应研究

2．2．6有关城镇化对流域生态环境影响的研究

2．2．7有关城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境影响的研究

2．3本章小结

第3章鄱阳湖流域城镇化发展与生态环境现状分析

3．1鄱阳湖流域基本概况

3．2鄱阳湖流域城镇体系空间布局历史沿革

3．3流域行政区划

3．4鄱阳湖流域城镇化基本特征

3．5流域自然资源与气候变化

第4章鄱阳湖流域城镇化时空特征分析

4．1流域人口城镇化时空特征

4．1．1流域城镇结构体系特征

4．1．2流域人口城镇化的时序特征

4．1．3流域人口城镇化的空间特征

4．2流域土地城镇化时空特征

4．2．1流域土地城镇化的时序特征

4．2．2流域土地利用结构性变化

4．2．3流域土地城镇化的空间特征

4．3流域经济城镇化时空特征

4．3．1流域城镇经济空间重心迁移

4．3．2流域经济结构的时序特征

4．3．3流域经济结构空间变化分析

4．4流域生态城镇化时空特征分析

4．4．1流域城镇能源消费特征

4．4．2流域城镇社会消费时空特征

4．4．3流域城镇建成区绿化特征

4．5 本章小结

第5章鄱阳湖流域城镇化过程驱动因子

5．1流域人口城镇化过程驱动因子分析

5．1．1影响因子的选择及指标构建

5．1．2全因子相关分析

5．1．3关键因子的回归分析

5．2流域土地城镇化过程驱动因子分析

5．2．1影响因子的选择及指标构建

5．2．2全因子及关键因子分析

5．3流域经济城镇化过程驱动因子分析

5．3．1影响因子的选择及指标构建

5．3．2全因子相关分析

5．3．3关键因子的回归分析

5．4流域生态城镇化过程驱动因子分析

5．4．1影响因子的选择及指标构建

5．4．2全因子及关键因子分析

5．5本章小结

第6章城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境的影响机理分析

6．1鄱阳湖流域城镇化过程耦合协调性测度分析

6．1．1耦合协调性测度指标体系

6．1．2耦合协调性测度模型构建

6．1．3耦合协调性测度结果分析

6．1．4耦合协调性测度的时序分析

6．1．5耦合协调性测度的空间分析

6．2城镇化过程对鄱阳湖生态环境影响路径分析

6．2．1城镇人口增长对水域生态环境的影响路径

6．2．2城镇经济发展对水域生态环境的影响路径

6．2．3城镇土地利用方式变化对水域生态环境的影响路径

6．3城镇化过程对鄱阳湖水域生态环境影响的机理分析

6．3．1鄱阳湖水动力数值模型

6．3．2湖区水动力数值模拟结果

6．3．3湖区水交换能力分析

6．4本章小结

第7章城镇化过程对鄱阳湖生态环境影响分析

7．1城镇化过程对鄱阳湖流域生态系统影响分析

7．1．1城镇化过程对流域滩涂湿地的影响

7．1．2城镇化过程对流域水资源的影响

7．1．3城镇化过程对流域生物链的影响

7．2城镇化过程对鄱阳湖水域环境质量影响分析

7．2．1表层沉积物样品采集与分析方法

7．2．2沉积物重金属污染生态风险评价方法

7．2．3结果分析

7．2．4讨论

7．3本章小结

第8章鄱阳湖流域城镇化与生态环境协调优化对策

8．1建立城镇化与工业化互动发展机制

8．2建立区域生态环境平衡动态控制体系

8．3探索流域环境管理新机制

8．4建立数字化的城镇运营生态系统

9．1研究结论

9．2主要创新点

9．3研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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