基于陆地-水生态系统耦合的海河流域水生态功能分区

水生态功能分区是针对水生态系统特征的陆地生态系统划分,是为流域水生态管理提供生态背景和基本单元。陆地-水生态系统的耦合是水生态功能分区的核心,但多停留在个别小流域进行理论探讨,大型流域的实际案例较少。针对海河流域独特的气候、地貌、水文和人类活动特征,提出了水生态功能分区的三级指标体系。一级二级区针对气候、地貌、水文背景进行"自上而下"的分区,三级区针对人类活动对水资源、水环境、生境影响,采用"自下而上"的分区方法。最终,海河流域划分了6个一级区、16个二级区和73个三级区。研究充分体现了"以水定陆、以陆控水"的基本原则,以及"自下而上"和"自上而下"分区方法的优点,结果可为海河流域水生态管理提供科学依据,为水资源空间调配与合理利用、产业结构布局与区域协调等服务。     

水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量

受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必会影响当地生态系统。基于此,采用8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。在此基础上,采用15种概率分布函数分别拟合5站各月变异前日流量序列,最终确定5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即得河道内生态流量。研究表明:(1)抚河于1962年发生弱变异,赣江、修河于1968年发生中变异,信江、饶河于1991年发生弱变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升11%,抚河生态需水满足率下降32%;(3)水文变异增加提高生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。高森林覆盖率提高干季生态需水满足率,对年均生态需水满足率影响不明显。研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。     

流域尺度生态水文研究评述

根据国际上生态水文学发展的主要方向,归纳了现阶段流域生态水文学的生态水文过程与生态水资源两大主要学科领域及其进展。全球变化下流域生态过程对水文循环加剧的应对策略,基于土地利用与覆盖变化的流域水土界面可持续管理将是未来流域生态水文过程研究的前沿核心问题。以生态需水量为主,分析了生态水资源领域存在的问题,评述了河道内与河道外生态需水量评价的方法与问题,建立更加适用的生态需水量评价体系是目前生态需水量研究的关键问题,一个全新的面向生态系统的水资源评价和规划的理论体系是未来人类社会可持续发展的基础     

美国流域生态健康评价体系的发展和实践

为了达到《清洁水法》规定的水质目标,美国环境部门在过去20多年的实践中逐步发展形成了涵盖整个流域,包括水文、化学、生物等多重指标在内的全国性流域综合生态健康评价体系.该体系已经成为美国流域水质管理系统的重要组成部分,为水环境保护和水生生态系统恢复提供了有力支持.本文从法律行政框架、生态功能分析、生态健康指标、综合评价体系和流域监测系统等方面系统总结了美国环境管理部门,特别是联邦环境保护局在流域生态健康评价方面的发展和实践;并介绍了美国水生资源调查采用的河流、湖泊、河口、海湾、湿地流域健康评价系统.在此基础上,根据我国水环境保护和治理的实际情况,提出了建立流域生态健康科学评价和决策支持体系建议.     

湿地生态水文模型研究综述

变化环境下湿地生态水文格局及过程发生了深刻变化,已对流域、区域乃至我国水安全和生态安全构成威胁。湿地生态水文模型是揭示湿地生态格局与生态过程的水文学机制的有效工具和重要手段。介绍了湿地生态水文模型的概念、内涵、构建方法及分类,回顾了湿地生态水文模型的国内外发展历程,论述了目前湿地生态水文模型研究应用的重点领域:湿地生态水文调控与生态补水、流域湿地生态恢复重建与水资源综合管控和气候变化下湿地生态水文变化评估与应对策略。针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。     

流域水生态功能分区以及区划方法的研究进展

持续而剧烈的人类活动已经对水生态系统的健康和安全造成了严重的影响。对流域的水生态功能进行甄别,合理划分其生态功能区,并按不同功能合理管理水资源,成为协调经济发展和水生态保护的关键因素之一。本文通过分析流域水生态功能分区的概念、内涵、特征以及区划方法的系统发展,提出了水生态功能分区的一般划分原则、划分指标和方法,为建立和完善我国流域水生态功能分区的理论和方法,提供了基础信息。     

流域生态系统补偿机制研究进展

生态补偿是近年来生态环境管理领域的一个新发展起来的方向和热点,尤其在我国,生态补偿受到学者和政府部门的高度关注,其研究和实践进展迅速。流域是完整的地理与生态系统区域,是实施生态保护和生态补偿的典型单元。从流域角度研究和实施生态系统保护,可以最好体现生态系统的完整性和生态要素的综合性。流域生态补偿机制研究是当前生态经济研究的前沿命题。系统梳理和全面总结了流域生态补偿研究的国内外进展与应用案例,总结了当前流域生态补偿研究存在的主客体界定、补偿原则、措施短效性等方面存在的主要问题,提炼概述了流域生态补偿研究的理论分析框架,并就流域生态补偿确定方法、补偿途径等关键问题进行了探讨。结合水权交易与水市场、流域社会化管理等问题,对流域生态补偿的未来研究趋势进行了展望。     

水文变异下的黄河流域生态流量

使用t检验和Mann-Whitney U检验对黄河干流7个水文站月均流量进行水文变异分析,探讨了水文变异成因,在此基础上,确定变异前各月月均流量序列最适概率分布函数,将概率密度最大的月平均流量定义为河道内生态流量。经与Tennant法、最小月平均流量发和逐月径流法比较,考虑水文变异的河道内生态流量计算方法是可行、合理的。水文变异后,黄河干流7水文站月均流量普遍减少,月均流量满足河道内生态流量的频率降低。研究结果表明,人类活动是黄河生态系统水环境恶化的重要原因。在流域生态管理中,确保变异后生态流量满足频率与变异前相当。研究对于理解在当前气候变化与人类活动双重影响下,干旱半干旱区流域水资源科学管理具有一定理论与现实意义。     

基于SWAT模型的汾河流域生态补水研究

随着人类对于河流的开发利用日益增强,显著改变了河流的天然径流过程,生态供水不足成为流域生态系统健康的重要制约因素。以山西省汾河流域为研究区,基于天然和实测径流数据,利用SWAT模型分别模拟了流域近30年天然径流和近10年跨流域调水情况下现状径流过程,并在此基础上对流域各河道生态流量及现状径流量进行时空量化,探讨了不同生态流量标准下生态缺水量在时间和空间上的变化情况。研究结果表明：(1)汾河流域各河道生态流量时空差异明显,汛期(0.50—18.80m~3/s)河道生态流量需求显著高于非汛期(0.05—1.81m~3/s),总体分布特征为中下游干流远高于上游支流;(2)在Tennant法的不同生态流量标准下,汾河流域非汛期生态流量保障情况整体优于汛期,高频缺水区主要分布在支流,呈上下游分散分布;(3)在中等级生态流量标准下,流域约84%的区域能保障基本生态流量需求,关键缺水区为岚河、潇河、浮山县及浍河地区;(4)建议流域生态补水在时间上侧重汛期补水,空间上侧重高频缺水地区,基于流域生态缺水量时空分布特征分配跨流域调水资源,提高水资源利用效率。研究从时空上量化了跨流域调水工程实施后流域生态流...     

山地生态水文过程与降水资源调控研究进展

生态水文学是一个可定义和发展的学科, 是在不同时空尺度和一系列环境条件下探讨生态水文过程。山地的生态格局和水文过程对下游景观有重大的影响。针对山区干旱缺水、水生态退化以及水灾害等一系列生态问题, 从林草地水文生态效应角度, 探讨山地生态水文过程的研究进展, 山地降水资源调控技术措施和山地生态水文过程与降水资源调控的相关关系。结果表明: 植被生态需水量的计算方法包括面积定额法、潜水蒸发法、植物蒸散发量法、水量平衡法、生物量法、基于遥感技术的计算法等, 各种方面在不同区域的适用性不同; 生态水文模型有SWAT模型、SWIN模型、EcoHAT模型等, 不同的模型应用领域不一; 降水资源的高效利用措施包括降水资源的就地利用—入渗水利用, 如坡改梯工程、集水造林种草工程以及适时深耕技术等; 降水资源的叠加利用—径流水利用, 如淤地坝工程和坡面集水造林种草工程等; 以及降水资源的间接利用—蒸发水利用三个方面, 如黑色覆盖技术、砾石覆盖技术和土壤覆盖技术等。以河北太行山区为例, 分析得出造林坡地的径流系数明显低于裸岩坡地。山地水旱灾害形成机制与水资源调控利用技术的研究、坡地与流域的降雨径流关系研究等方面应是未来山地生态水文过程的研究重点。     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

嫩江流域湿地生态需水量分析与预估

探讨了嫩江流域湿地生态需水量的计算方法,并对流域内不同降水频率下湿地生态需水量进行了计算。在此基础上,选择CMIP全球气候模式下RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5等3种排放情景,预测2030年、2050年和2100年嫩江流域湿地生态需水量的变化趋势。研究结果表明:不同降水频率下的流域湿地生态需水量分别为丰水年70.284亿m3,平水年118.696亿m3,枯水年169.343亿m3,反映了其与气候条件的相关性。3种排放情景下湿地生态需水量变化受到最高、最低气温和降水量变化的共同影响,其中RCP2.6情景下需水量呈先增加后减少的趋势;RCP4.5和RCP8.5情景下需水量整体呈增加趋势,到2100年分别达到147.337亿m3和132.659亿m3。气候变化条件下,如何协调水资源需求间的矛盾,维持湿地生态系统健康稳定,将是未来研究关注的重点。     

河道内流量增加方法IFIM研究及其应用

河道内流量增加方法IFIM是用于河流规划、保护和管理等的决策支持体系,由一系列水力、水质、水文、生态等专业模型和各类方法组成,模拟流量和水生生物栖息地可利用性之间的定量关系.它不仅有助于河流管理者对水资源进行科学合理的分配,也为河流生态修复的结果提供了有效的评估工具.该方法在国外有着广泛的应用,而在国内尚未见其应用.对此方法进行详细的阐述,给出国外应用的例子.最后指出在国内应用的前景和需要注意的问题.     

森林流域生态水文过程动力学机制与模拟研究进展

水文过程是联系气候变化和森林生态系统时空变化的关键因素．未来的气候变化和人类大尺度活动将影响森林流域生态系统与水文过程的变化,森林流域生态与水文过程耦合、生态系统水文过程动力学机制研究在认识和调控生态资源及其合理利用、区域生态恢复,以及社会经济可持续方面均具有重要意义．森林流域生态系统中的水文过程可分为降雨截留、蒸散和产汇流过程．森林流域生态与水文耦合过程边界条件的确定,土壤表面特定水文过程的参数化,降雨、土壤水分运动和植被的动态耦合作用,分布式模型的应用以及森林生态水文过程动力学机制与调控等将是今后生态水文动力学过程研究的重点,综述了森林流域生态水文过程动力学机制与调控的研究进展。     

海河流域生态需水核算

从生态系统角度分析了生态需水内涵和生态需水与生态用水概念的差别。探讨了海河流域自然陆地、河流、湿地、城市 4种生态系统类型生态需水核算方法 ,并对其生态需水量进行了核算。大气降水首先被天然植被利用后形成地表径流 ,才能被人类管理利用来满足经济水量和生态水量需求。从水资源管理来说 ,河流、湿地、城市等生态需水来源于径流性水资源可称为狭义生态需水 ,而包括利用降水性水资源的天然植被生态需水在内的全部生态系统生态需水可认为是广义的生态需水。狭义生态需水是水资源管理及生态需水研究和关注的重心。研究结果表明 :海河流域河流生态需水 31.6 4× 10 8m3,占多年平均天然径流量的 12 % ;湿地生态需水为 34.31× 10 8m3,占 13% ;城市生态需水量 10 .83× 10 8m3,占 4 .1% ,3项合计占径流总量的 2 9.1%。生态需水量是一个动态的值 ,随生态保护目标的提高和经济的发展核算结果必然发生变化 ,维护生态环境质量的状况不同 ,也存在最大、最小生态需水量的阈值问题 ,此类问题需今后进一步研究     

流域生态与管理学科发展及研究重点

在介绍了流域生态与管理学科发展的基础上,阐述了流域生态与管理研究的基本内容,并根据我国水土保持与生态建设需求,提出我国在该领域研究任务是深入了解流域生态过程,完善野外研究基地,发展以退化生态系统恢复为主要特色的流域管理理论体系,建成不同尺度流域生态与管理研究网络及示范模型,完成流域生态与管理学科建设。近期研究的重点为流域生态系统功能过程及其模拟、土壤质量演变与生态系统健康评价理论与方法、社会经济因素对流域水土资源管理的影响过程及作用机制。     

延河流域水供给服务供需平衡与服务流研究

水供给服务的供需定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题,然而耦合人类需求与自然过程进行供需时空关联分析和服务流模拟仍需进一步加强。以延河流域为研究区,基于GIS手段和SWAT模型,融合多源数据构建了水供给服务供需平衡与空间流动模型,从子流域尺度探究了延河流域水供给服务的供需空间匹配特征与流动规律,明确流域供给区和受益区的空间范围与流量。研究结果表明:1)2005—2015年延河流域水供给量先增多后减少,水需求量则逐年增多,供需平衡状况在逐年恶化。到2015年,流域的水资源安全指数(Freshwater Security Index,FSI)仅为0.095。2)延河流域水供给服务的供给与需求在空间分布上呈现显著的不匹配特征,尤其是位于延河中游的延安市区及周边地区,水资源供需矛盾突出。3)在水供给服务流研究的框架下,本文明确了流域内4个主要受益区的空间范围及其接受的相应上游子流域(供给区)提供的服务流量,分别为安塞城区、延安市区、青化砭镇、延长县城区及其附近城镇。本评估模型与研究结果不仅可以为实现延河流域水资源的合理配置和保障流域用水安全提供科学依据,也可以为其他流域的水资源管理提供参考。     

水生态空间红线概念、划定方法及实证研究

我国面临着多方面、复杂的水生态问题:洪涝、干旱、水质污染、水生生境丧失以及人水关系日益疏远等等。解决这些问题,不能依赖单一目标的灰色工程方法,而必须从维护和保育水生态系统的完整性出发,来系统地解决问题。为此,如何定义一个相对完整的水生态系统的边界、划定维护其安全和健康的底线,即水生态空间红线,是用生态方法综合解决水问题的基础性的工作。研究提出了以保护水生态系统的综合生态服务为核心的水生态空间红线概念;提出了以水生态安全格局构建为基础的水生态空间红线划定方法和"水生态问题分析-水生态过程模拟和评价-水生态安全等级划分-水生态安全格局判定-水生态空间红线的划定"技术流程,分别划定水资源供给保护、水文调节保护、水生命支持和水文化保护四种类型的水生态保护空间红线,在此基础上,整合为综合的水生态空间红线,它呈现为对水生态过程具有关键意义的点、线、面和空间联系所构成的空间格局,并以雁栖湖流域为例进行了实证研究。     

生态水文过程研究进展

生态水文学是研究生态格局和生态过程变化水文学机制的科学。它的一个重要研究方向是在不同时空尺度上和一系列环境条件下探讨生态水文过程。生态水文过程是指水文过程与生物动力过程之间的功能关系 ,它包括生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应。在探讨以上基本概念和总结生态水文过程研究特点的基础上 ,着重探讨生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应等生态水文过程核心内容的研究进展 ,并简要分析了生态水文过程研究中存在的主要问题和未来的研究热点。     

流域水热耦合过程及其对气候与下垫面变化响应的文献计量分析

生态水文学在水文过程与生态过程的交叉地带开展研究,现已成为水文学与生态学最为活跃的前沿领域之一,而流域水热耦合过程及其对气候与下垫面变化的响应则是其中的一个重要热点研究方向。以SCIE数据库为数据源,借助Thomson Data Analyzer （TDA）、Ucinet和Netdraw等工具,对1992-2015年间关于流域水热耦合过程及其对气候与下垫面变化的响应的研究论文进行数据挖掘,分析表明：（1）近24年来,该领域的论文数量总体呈显著增长态势,依据文章数量、研究主题、机构合作特点等划分为3个阶段：低产出探索期、拓展推进期和高产出活跃期。（2）气候变化、径流、水量平衡、水文模拟、土地利用与覆盖变化等是研究的核心主题,遥感与GIS技术的应用在不断得到加强,人类活动的水文效应及其时程变化等的研究逐渐受到更多的关注。（3）澳大利亚和美国在该研究方向表现突出。中国发文量高,论文质量不断提升。（4）国际合作范围不断扩大。近十年来,中国科学院、清华大学等国内多家科教机构逐渐加强了与国外同行的合作关系,研究工作取得长足进展。