湿地生态需水研究进展

生态需水是目前生态学和水科学研究的一个热门课题,近年来已经引起许多学者的关注。湿地生态需水量是一个新的提法,湿地生态需水量的估算是湿地生态与环境保护迫切需要解决的问题,也是水资源合理配置的要求。本文介绍了湿地生态需水量的概念、内涵及特征,分析了国内外湿地生态需水的发展历程及目前的研究动态,将国内湿地生态需水研究分为基础性研究和应用性研究两个方面,其中基础性研究主要从湿地生态需水量计算方法来论述。最后从学科发展的角度指出了国内研究中存在的问题,并提出了未来发展方向。     

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     

民勤绿洲生态需水与生态恢复对策

生态需水是当前水问题的一个研究热点,对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区,这一研究尤为紧迫。以民勤绿洲作为研究区,采用阿维里扬诺夫估算方法,对其生态需水量进行了计算。结果表明,民勤绿洲现有植被最低生态需水量为1.4927×108m3,而目前的生态用水量只有0.3525×108m3,远没有达到维持极限抗性面积下的生态需水量。民勤绿洲生态用水的严重不足,主要是受到农田灌溉用水的严重挤占,从而加快了生态环境的日益恶化。通过分析,提出了生态恢复的对策与建议。     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

基于生态需水保障的农业生态补偿标准

面向流域农业需水和生态需水间的矛盾问题和协调发展的要求,提出了基于生态需水保障的农业生态补偿标准计算方法。其中考虑农业用水定额计算基于生态需水保障的农业用水短缺,引入水分生产函数模型建立保障生态需水量产生的农业用水短缺与产量损失间的关系,根据不同季节作物产量响应系数的变化,定量确定具有时间和等级差异性的农业生态补偿标准。以保障黄河口生态需水引起的山东引黄灌区农业损失补偿标准分析为实例,计算了冬小麦和夏玉米种植户不同等级的生态补偿标准。结论认为,农业生态补偿标准需根据不同的来水过程及生态需水等级确定,面积稳定和保障功能显著的粮食作物应作为补偿标准计算的依据。     

黄河干流与河口湿地生态需水研究进展

通过回顾黄河干流和河口湿地生态需水相关研究的发展历程及主要研究成果,从生态需水研究的研究对象及目标、研究内容、研究方法及应用等方面归纳总结了黄河干流和河口生态需水的研究现状和面临挑战。目前,有关黄河干流和河口湿地的生态需水方面的研究已取得一定的成果,对黄河流域生态需水基础理论基本规律的认识相对清晰,但对黄河干流和河口湿地生态系统认识的不足导致目前生态需水计算方法不统一,计算结果存在一定的误差,从而导致黄河生态需水在流域水资源配置与管理实践中难以达到预期结果。今后仍需在逐步积累的实测资料的基础上进行细化的生态需水研究,重点开展基于河流和湿地生态系统完整性的生态需水研究;基于生态-水文响应关系并综合其他保护目标的生态水文过程研究;还要考虑经济、社会、环境"三赢"的权衡以及未来水沙条件等因素的不确定性,寻求合理的能应用到实际水量配置方案中的生态需水量等。并将生态需水成果与黄河水量生态调度有效结合起来,在水量调度实践中予以论证。     

西南纵向岭谷区河道生态需水计算方法

西南纵向岭谷区流域独特的地理地貌、气候气象、生态水文以及人文社会环境决定了河道生态需水计算的特殊性。时空尺度上的跨越性及梯度效应决定需要从时空以及频度尺度上进行河道生态需水量的界定,在进行区域生态特征分析的基础上提出了生态径流．需水系数综合计算河道生态需水量模型;基于河道生态特征、功能、结构以及社会环境与河道生态需水量间的相互关系,构建了河道生态需水评估指标体系,包含生态需水特征分析指标、需水影响要素分析指标以及需水趋势分析指标3部分,为进行河道生态需水计算提供定量计算与定性分析依据;根据河流水文情势的周期性变化,提出变异系数与生态特征指数综合设定河道生态需水等级系数的方法;考虑到水文情势的自然摆动,提出了生态径流量的频度计算方法;本文并以澜沧江为例就有关的过程进行说明。     

生态需水在输水工程生态影响评价中的应用

以南水北调工程为例的输水管道工程在解决我国水资源供需矛盾和地域分配不均的问题中发挥着重要作用,输水管道工程的建设在产生巨大社会、经济、生态效益的同时,也给工程建设区域、调水相关区域脆弱的生态环境带来新的问题。工程建设的环境影响评价往往关心工程建设、运行时期对相关区域内主要环境要素的影响、响应及评价,而对工程建设相关的关键生态系统的影响关注较小。而南水北调等输水管道工程是与水密切相关的国家级大型工程,对工程建设区域、影响区域的水生生态系统产生较大的影响,如何科学、定量地评价输水工程对关键生态系统的影响是输水工程建设管理人员关注的热点之一。基于对生态需水评价理论与方法的总结及输水工程生态影响定量评价难点的分析,对生态需水与水生生态系统健康之间相辅相成的关系进行研究,提出了将生态需水引入输水工程生态影响评价的技术路径与评价模型。以南水北调中线工程为例,对其影响范围内的生态需水量进行评价,进而判断工程建设运行对相关区域关键生态系统的影响。     

近20年疏勒河流域生态承载力和生态需水研究

水资源是一切生物赖以生存和不可替代的基本自然资源,生态需水在维持流域生态系统平衡和生态承载力可持续性方面扮演着极其重要的角色,干旱区内陆河流域尤为突出。以疏勒河流域和其所辖县区为不同尺度区域,利用LandsatTM/ETM+/OLI遥感数据(30 m分辨率),解译该流域近20年5期土地利用数据,同时在收集和整理流域多年水文水资源基础数据的基础上,以流域生态需水为研究主线,运用多学科方法和原理,结合遥感技术、GIS技术,通过现场调查和观测,计算了流域及其所辖县区近20年生态承载力和天然植被生态需水量。结果表明:近20年来,伴随流域生态承载力的增加,生态需水量也呈增加趋势,两者呈非常明显的正相关关系,相关系数达0.6076;县域尺度上,生态需水与生态承载力正相关关系也较高,其中林、草地的生态需水与生态承载力拟合优度R~2分别达0.8519、0.7235,说明林、草地生态承载力的变化对生态需水变化的解释能力更强,二者之间的关系更为紧密;基于空间热点分析,该流域生态承载力和生态需水的热点和冷点区域均呈现相似的空间格局,说明二者之间在空间尺度上也呈正相关关系。研究结论可为疏勒河流域生态水资源量的科学配置和调控提供重要的决策依据。     

峰丛洼地植被生态需水定额及其影响因素

以广西田东县峰丛洼地区域为研究对象,基于野外实地观测,构建了适宜的植被生态需水计算模型,估算了区域典型植物群落不同季节的植被生态需水及生态缺水定额,并分析了其主要影响因素。研究结果表明,4种优势植物群落的生态需水定额均是8月最大、1月最小;五节芒群落的生态需水定额最大,月均最大、适宜和最小需水定额分别为36. 85、25. 80 mm和23.95 mm,灰毛浆果楝最小,分别为23.99、16.80 mm和15.60 mm;生态缺水定额呈现出与生态需水一致的特征。植被生态需水定额与植被覆盖度、叶面积指数、空气温度和土壤容重呈极显著正相关(P0.01),而与田间持水量呈显著负相关(P0.05);植被覆盖度、土壤容重、土壤含水率和潜在蒸散4个指标是影响植被生态需水定额的主要因素。     

民勤盆地生态环境需水优先次序和需水量

北方干旱地区由于水资源短缺,全面满足所有生态类型需水要求几乎是不可能的.因此提出应基于各生态类型的生态服务价值进行不同类型生态环境需水优先次序的划分,结合区域水资源及生态环境特点,优先满足生态服务价值高的生态类型需水要求,这将具有重要的现实意义.按照上述理论,将民勤盆地生态功能区和生态环境需水类型需水优先次序进行了划分,并根据盆地实际情况,制定了各生态环境需水类型需水量的需水原则.通过分析,认为目前民勤盆地首要满足的是绿洲边缘的防风固沙林带和盆地地下水位恢复两项生态环境需水类型所需水量.根据计算结果这两项合计为1.4682×108m3,其中防风固沙林带生态环境需水量为1.077×108m3,用于地下水位恢复的人工补给回灌量为0.3912×108m3.并通过与相关研究结果比较,认为本次计算结果趋于合理.     

乌梁素海保护的生态需水量评估

结合乌梁素海湿地生态系统特征 ,基于保证水量、保证水质和改善水质 (对于污染湖泊 ) 3个层次的湖泊湿地保护目标 ,给出了不同环境保护目标下湖泊湿地的生态需水量估算方法 ,并在系统分析乌梁素海水文水循环特征的基础上 ,选择适合的计算方法 ,对乌梁素海不同保护目标下的生态需水量进行了估算。结果表明 ,从保证水量平衡角度看 ,乌梁素海排干系统排入湖泊水量为 6 .18× 10 8m3/ a,可以保证乌梁素海的水量平衡 ;从保证水质角度看 ,由于作为生态用水的黄河水总 N浓度超过国家地表水水质标准中湖泊水质 V类水标准限值的 1.6倍 ,比乌梁素海湖水总 N含量还要高 ,因此 ,完全达标的生态需水量是不存在的 ,但如果只考虑盐分和总 P,在现有排干水量为 6 .18× 10 8m3/ a条件下 ,则维持乌梁素海的盐分和 P浓度不变的生态需水量分别为 1.82× 10 8m3/ a和 12 .3× 10 8m3/ a;从保证湖水水质达标角度看 ,现有污染物排放情况下 ,1a盐分和总 P达标的生态需水量分别为 4 .91× 10 8m3/ a和 16 .3× 10 8m3/ a,10 a盐分和总 P达标的生态需水量应分别为 4 .2 8× 10 8m3/ a和 14 .3× 10 8m3/ a     

基于系统动力学的崇明岛生态需水量预测

对上海市崇明岛现状生态需水分析的基础上,采用系统动力学方法对崇明岛规划年(2005-2020年)的生态需水量进行了预测.结果表明:崇明岛生态需水量在2010、2015和2020年分别为12.05、14.56和16.99亿m3,分别占本地水资源总量的35.86%、43.33%和55.57%;在生态需水组成中,森林和河流生态需水占大部分,城市绿地生态需水量所占的份额最小;在2010、2015和2020年,森林生态需水分别占生态需水总量的53.44%、56.87%和59.56%,河流生态需水分别占生态需水总量的26.31%、22.32%和19.48%,城市绿地生态需水量所占的份额分别为1.33%、2.47%和2.94%.     

涟水流域水产出服务供需分析与服务流研究

水产出服务的供需的定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题,但是需要进一步加强人类需求与自然过程的时空关联分析和服务流模拟之间的耦合.以涟水流域为研究区,基于ArcGIS和In VEST模型,利用多源数据构建了水产出服务供需平衡与空间流动模型,从子流域尺度探究了涟水流域水产出服务的供需空间匹配特征与流动规律,对流域...     

松辽流域湿地生态水文结构与需水分析

以我国重要湿地生态区--松辽流域为对象,对其主要湿地的生态水文结构及生态需水进行分析计算.通过分析湿地水面面积变化与水文连接度的关系确定湿地中心区;通过分析保持生物完整性的生物场最小范围确定适宜活动区.通过典型研究与对水文地区规律分析,建立无资料地区生态水文结构分析计算经验公式.以湿地生态水文结构(中心区、适宜活动区)为边界条件,进行地表地下水转化的水量平衡模型分析,获得湿地生态需水.经过大量分析研究论证,总体而言,松辽流域湿地中心区水深占湿地多年平均水深接近2/3,中心区面积占湿地多年平均水面面积40%左右,这对控制湿地萎缩及湿地安全管理是一个重要指标.通过松辽流域湿地近几年的补水实践分析,发现计算结果基本合理,研究成果可为湿地的规划管理和安全保障提供科学依据.     

基于生态系统受扰动程度评价的白洋淀生态需水研究

水是湿地生态系统最重要的影响因子,生态需水核算是对湿地进行生态保护,恢复重建的前提与基础.提出一种基于生态系统受扰动程度评价的适宜生态需水量计算方法.首先根据湿地水面面积变化率最大时对应的关键水位构建初始生态水位方案并将其离散得到一系列离散值;然后应用Mann-Kendall(M-K)法分析历史水位时间序列,找出水位发生突变前自然条件下的水位状态;最后对不同情景水位方案与自然水位状态的差异程度进行修正水文指数(APPFD)评价,确定生态系统受扰动程度在可接受范围之内的多个生态水位方案,进而确定相对应的生态需水量方案.将该方法应用于白洋淀湿地得出了7种可接受的生态水位方案,其中汛期的适宜生态水位在8.31-10.62 m之间,非汛期的适宜生态水位在7.51-9.60 m之间,全年的适宜生态需水量在3.10×108-6.47×l08m3之间.该方法能够为实际的水资源管理和分配提供多种备选方案,有较强的实用性和可操作性.     

基于水量与水质的太湖流域水生态服务供需关系及多情景评估

耦合水量供给与水质净化的水生态服务供需关系的多尺度空间量化评估,有助于刻画和识别丰水区水质性缺水问题,并丰富水生态服务研究。在构建水量供给和水质净化服务供需评估方法的基础上,利用空间分析方法在现状情景基础上分别设置提升用水效率、改善土地管理方式和优化土地利用空间配置三种优化情景,并在栅格、子流域和县域三个尺度上开展基于水量供给和水质净化的水生态服务供需关系的定量评估,分别探讨了不同情景不同尺度下的水生态服务供需变化、空间响应及其机制特征。研究结果表明：(1)太湖流域的水量供需状况显著优于水质供需状况,节水能够有效改善流域内的水量赤字,而减量施肥和优化土地利用配置能够显著改善流域内的水质赤字。(2)多尺度的水量供给与水质净化服务供需解析,有助于精准识别不同尺度下亟需治理的关键区域。(3)水量赤字区主要集中在建设用地分布区域,耕地仍是引致水质赤字的主要原因,但随着尺度的逐渐增大,水质赤字区的建设用地面积也在不断增加。(4)优化土地利用结构方案是解决水质性缺水的最有效方法,但需要突破现有政策尤其是耕地保护政策的刚性约束,故耦合提升用水效率等方法是当前治理太湖流域“水质性缺水”问题首选措施。     

基于生态需水保障的农业用水安全评价——以山东省引黄灌区为例

保障农业用水安全和生态安全是流域水资源管理的重点,针对黄河口和山东引黄灌区的用水矛盾,采用阈值分析与地统计学方法,考虑作物蒸散发和有效降雨计算山东省引黄灌区灌溉需水量,在优先保障黄河口不同等级生态需水条件下分析灌区（划分为不同调控区）可用水量的响应特征,以地理信息系统（GIS）为平台计算具有时空差异的山东省引黄灌区农业用水安全压力指数,进而评价多时空尺度下的山东省引黄灌区农业用水安全。结果表明,在平水年,保障适宜等级的生态需水后大概有33%的年份农业用水安全存在压力,保障最低等级的生态需水约有27%的农业用水面临短缺,但是大部分情况下农业用水安全压力指数都在30%之下,然而保障最高等级生态需水后,有50%以上的年份存在农业用水安全压力,这种压力无论是从出现频次还是在指数强度上都有明显增加。在空间尺度上,以打渔张、刘春家、麻湾和簸箕李等灌区为代表的调控区2、11、13、14和17的农业用水压力显著,代表年内保障最低等级的生态需水后调控区的农业用水安全压力指数超过了20%,保障适宜等级的生态需水后,大部分调控区的农业用水安全压力指数超过了20%,调控区2和13的压力指数超过了30%,保障最高等级的生态需水后大部分调控区的农业用水安全压力指数超过了60%。在引黄水量调配过程中,应该按照水文年的不同保障合理的生态水量,同时充分考虑水文气象因子的空间差异性,在不同调控区细化分配方案,平水年份保障适宜等级生态需水后农业用水短缺由55.28降低到18.25亿m³。该评价方法反映了优先保障生态需水后灌区农业水资源保障情况,并能有效降低农业和生态用水之间的矛盾,为管理部门进行"精细配水"提供依据。