基于管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量

独特的地理位置和气候特征 ,使黄河三角洲湿地自然保护区孕育了丰富的自然资源和生物多样性。然而近些年来由于黄河上、中游开发不断 ,砍伐、引水工程等引发了下游特别是河口三角洲一系列的生态问题。表现在水资源紧缺、水体污染以及生物多样性减少等。根据黄河三角洲湿地自然保护区的现实问题以及 Ram sar公约要求 ,确定了黄河三角洲湿地自然保护区管理目标即保护新生湿地和鸟类资源 ,栖息地恢复与保护 ,生态系统功能与过程的维持等 3个层次的目标。通过分析湿地生物和水量的相关性 ,计算了不同层次管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量 ,即在不考虑输沙用水的情况下 ,黄河三角洲湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 4 0 .95× 10 8m3、5 2 .4 5× 10 8m3和 6 7.93× 10 8m3;在考虑输沙用水的情况下 ,湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 190 .95× 10 8m3、2 0 2 .4 5× 10 8m3和 2 17.93× 10 8m3。     

洪河国家级自然保护区最小生态需水量与补水分析

湿地生态水文及其水资源优化配置已成为湿地研究中的重大科学问题之一.该研究基于湿地最小生态水位,以湿地静态补水与动态补水的定量方法,对洪河国家级自然保护区湿地最小生态需水量进行估算.研究结果表明:洪河湿地最小生态水位为51.5 m,静态需水量1863×104 m3,动态补水方案为1级补水量867.4×104 ～ 1518.0×104 m3/月,2级补水量693.9×104 ～ 1214.4×104 m3/月,3级补水量520.4×104 ～ 910.8×104 m3/月,4级补水量173.5×104 ～ 303.6×104 m3/月,5级补水量0.0×104 m3/月.研究确定的最小生态水位具有一定科学性,湿地生态水位提高30cm,能够为该区湿地植被群落的水生演替提供适宜生境.该研究结果可为其他湿地自然保护区的科学、有效管理提供理论依据.     

西部干旱区生态需水的规律及特点——以塔里木河下游绿色走廊为例

天然植被蒸散耗水量小,水分有效利用程度高,生态需水可塑性及水质变幅较大等是生态需水的主要特点．保护塔里木河下游绿色走廊的生态需水量,主要是指大西海子以下自然植被的需水量．即地下水位恢复总水量和全河段生态总维持水量,前者主要包括水位恢复水量、侧向排泄量及河道蒸发水量．2005年泄水目标为阿尔干,生态总需水量为恢复大西海于至阿尔干地下水的总水量,该水量为13．20×10^8m^3,年均需水量为2．64×10^8m^3．2010年泄水目标及植被保护目标都是台特玛湖,生态总需水量包括恢复阿尔干至台特玛湖段地下水位的水量以及维持大西海子至台特玛湖段生态的维持水量,该水量为18．32×10^8m^3,年均需水量为3．66×10^8m^3．2010—2030年的生态总需水量包括每年维持大西海子至台特玛湖段生态的总维持水量,同时也包括增加植被18．67×10^4hm^2所需要的水量,20年生态总需水量为139．00×10^8m^3,年均需水量为6．95×10^8m^3．通过一系列措施保证生态用水,是干旱区生态建设的关键．     

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     

黄河口湿地生态需水量估算

黄河口拥有中国暖温带面积最广阔、自然属性最显著、结构最完整的滨海湿地生态系统,因处在河-海-陆交汇的复杂界面,湿地生态系统十分脆弱。满足生态需水是维持湿地生态系统健康的基础和关键,但以往估算缺乏系统综合性视角且存在时间尺度较粗的问题。从维持湿地面积、保护生物多样性及稳定生态系统功能和过程3个目标出发,构建了包含5项指标的湿地生态需水指标体系,对湿地3个等级、3个时段生态需水进行了估算,并据此判断了2000年至2019年黄河口湿地在极端丰水年及枯水年生态需水的满足状况,结果表明：黄河口湿地全年的最小、适宜、最大生态需水量分别为13.33×10⁸ m³、22.33×10⁸ m³、35.31×10⁸ m³;4—6月、7—10月、11—3月的适宜生态需水量分别为6.76×10⁸ m³、10.10×10⁸ m³、5.47×10⁸ m³;...     

黑河中游地区植被生态需水量估算

以水量平衡关系为理论基础,引用195 6～2 0 0 0年黑河中游地区各县的气象资料和2 0 0 2年4月～2 0 0 3年10月不同类型植被区的土壤水分动态监测数据,并采用GIS技术进行生态分区的基础上估算该地区的植被生态需水量,分析生态需水量的时空变化以及缺水量。结果表明:黑河中游地区每年最适生态需水量在9.4 8×10 8～11.5 8×10 8m3之间,除去相应植被区域上的有效降水量4 .74×10 8m3,还需要从径流中补给4 .74×10 8～6 .84×10 8m3。除山丹和民乐县外,其它各县的降水量均不能满足临界生态需水量。若以最适生态需水量为标准,山丹县的缺水量最大,占整个中游地区缺水量的4 0 .9%。另外,在水资源配置方案中,不仅要考虑空间上的差异,而且更要注意生态需水量在时间上的变化。分析表明,黑河中游地区的生态需水量的亏缺主要发生在4～6月份     

基于生态水文学原理的湖泊最小生态需水量计算

近几十年来,由于人类活动的加剧以及全球气候的变化,湖泊普遍出现了萎缩、水位下降、水量锐减、湖水盐化、水质污染、富营养化、甚至干涸消亡等状况。确保湖泊生态系统必需的最小水量是解决可能出现的湖泊严重水资源和生态系统危机的区域问题之一。从生态水文学原理出发,对湖泊最小生态需水量的概念进行了探讨,并提出了计算最小生态需水量的3种方法:1曲线相关法;2功能法;3最低生态水位法。在最低生态水位法中,其方法有最低年平均水位法和年保证率设定法。一旦湖泊最小生态需水量得以确定,将为水资源管理部门的水资源合理配置和湖泊管理提供综合性、权威性及可操作性决策依据,为退化湖泊生态系统的恢复与重建提供科学基础。     

基于生态保护目标的疏勒河中游绿洲生态环境需水研究

以疏勒河中游绿洲为研究对象,基于RS和GIS技术,选择1990年、2000年和2013年Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,并确定了中游绿洲2020年和2030年生态保护目标。根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了现状和保护目标下流域中游绿洲生态需水量,从而为区域水资源合理配置和生态系统的协调发展提供参考依据。通过计算得出了疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量。同时得出疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲最大、最小和最适生态环境需水量分别为7.42×10~8、7.09×10~8、7.29×10~8,8.24×10~8、7.91×10~8、8.11×10~8m~3和9.12×10~8、8.79×10~8、8.99×10~8m~3。2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲生态环境需水量年内变化主要集中于5—8月,累积生态环境需水量占全年的比例分别为58.01%、58.08%和58.13%;疏勒河中游绿洲生态环境需水量瓜州所占比例相对较大,玉门相对最小,敦煌介于二者之间。     

基于生态水位约束的下辽河平原地下水生态需水量估算

以我国北方典型的大型地下水盆地——下辽河平原为研究对象,在考虑地下水蒸发特点基础上,统筹考虑对地下水依赖程度较高的天然草地、天然湿地和河流生态系统对于地下水位的要求,综合水文和生态两方面因素确定地下水生态水位;利用Golden surfer软件的体积计算功能,计算出研究区内全年各月的地下水生态需水量;采用正态信息扩散模型,运用月保证率法得到不同保证率、不同恢复等级下的年地下水生态需水量.结果表明:下辽河平原不同月份的地下水缺水量41.83×108-60.07×108 m3、缺水区面积2.05× 104-2.34×104 km2、盈余水量2.73×108-6.68×108 m3、盈余区面积0.30×104-0.59×104 km2、地下水生态需水量35.15×108-57.33×108 m3;经月保证率法整合后的年地下水生态需水量变化规律为,随着保证率的降低,地下水生态需水量不断增加,而需水量等级越高,需水量增加幅度越大.     

基于地下水恢复的塔里木河下游生态需水量估算

为探明生态输水后地下水响应带范围及地下水恢复下生态需水量,以塔里木河下游大西海子水库至台特玛湖段为研究区,基于2000—2010年生态输水和地下水埋深分布特征,分析了塔里木河下游生态输水后两岸地下水位恢复状况,并借助遥感和地理信息系统技术对研究区生态需水量进行了研究。结果表明:塔河下游地下水位的抬升幅度与输水量的大小呈一定的正相关关系,并存在一定的时效性。2004—2010年地下水处于长期的负均衡状态,多年下降幅度明显。塔河下游英苏、喀尔达依、阿拉干和依干不及麻断面地下水响应幅度分别为1195、1050、2281 m和1000 m。历经11a输水后,塔里木河下游地下水总恢复需水量为7.06×108m3,其中,齐文阔尔河段为4.98×108m3,老塔里木河段为2.09×108m3,地下水恢复至生态水位4.5m需要5—8a的时间。保护塔里木河下游大西海子以下所有天然植被面积(96114.09 hm2)的生态需水量为0.587×108m3,保护下游地下水响应带天然植被面积(41439.85 hm2)的生态需水量为0.21×108m3。     

河湖生态系统生态用水优化研究——以滇池流域为例

生态需水是河流与湖泊生态系统健康的重要基础。湖泊流域的河流与湖泊生态系统之间存在密切的水量联系,目前对流域内生态用水的研究多为单一生态系统生态需水简单相加,忽略了河流和湖泊之间复杂的水量联系。基于河湖复合生态系统之间的水量联系构建了河湖生态系统生态用水优化模型,并以滇池为例分析了河湖生态系统生态用水规律。结果表明：湖泊流域中单一河流或湖泊生态需水计算结果不能满足复合生态系统的生态用水要求,需要综合考虑河流和湖泊之间的水量联系;在当前水质状况下,牛栏江每年的调水量不能满足滇池流域的生态用水要求;滇池流域水体污染对流域内生态用水影响较大,随着水体污染程度的下降,流域生态用水量和调水量呈指数下降,河流生态用水呈线性下降。     

A case of unusually high oxygen demand in a eutrophic lake

An unusually high hypolimnetic water column BOD (WCBOD), roughly 40 times higher than the sediment oxygen demand (SOD), was observed in a small eutrophic lake and an adjoining lagoon. The mean 5-day WCBOD during thermal stratification in the lake was 29 and 49 g/m² at 10 and 20 °C, respectively, while in the lagoon it was even higher (47 and 87 g/m² at 10 and 20 °C, respectively). The soluble fraction comprised about two-thirds of the WCBOD. WCBOD in the lake was much less during the unstratified period (5-day = 5 g/m²). The SOD rates at two depths in both the lake (0.31 and 0.2 g/m²-d) and lagoon (0.41 and 0.28 g/m²-d) were not unusually high. The ultimate whole BOD (UWCBOD + USOD) was approximately 96 g/m² in the lake and 136 g/m² in the lagoon and UWCBOD formed over 90% of the ultimate whole BOD in both water bodies. A possible cause for these abnormally high WCBODs, in addition to the normal autochthonous production, is an allochthonous source from loosely aggregated and flocculant mats of the bog moss, Sphagnum, which surrounds the lake-lagoon system. Storm water per se was clearly insignificant, but would have contributed indirectly through nutrients for autochthonous production. Such high short-term BOD rates may greatly over-estimate the demand to be satisfied by continuous aeration.     

An oxygen model for Lake Haukivesi

A simple water quality model for Lake Haukivesi, heavily loaded by pulp and paper mill effluents, has been developed. The main purpose of the model is to predict the concentration of dissolved oxygen in the hypolimnion. The lake is divided into seven sub-basins, and also into epilimnion and hypolimnion. Transfers between sub-basins are calculated using water balance equations. The state variables of the model are dissolved oxygen concentration, biochemical oxygen demand, phytoplankton biomass, and total phosphorus concentration. The effect of temperature on reaction rate coefficients has been taken into account. Temperature is calculated in the model using a second degree polynomial function. The processes affecting hypolimnetic oxygen consumption are BOD decay, decomposition of phytoplankton, benthic oxygen demand, and decomposition of slowly decaying organic matter.     

内陆河干旱区生态需水分析

根据水分驱动生态演变模型 ,以水分运动和补给条件 ,研究了内陆河平原生态系统的需水结构。生态需水分为过渡带生态需水 ,绿洲生态需水 ;绿洲生态需水又进一步分为天然绿洲生态需水和人工绿洲生态需水。通过流域水分平衡和地面观测资料确定了生态圈层结构的水分需求 ,以及降水与径流对水分需求的补给比例。生态需水的分析计算 ,类似于供需平衡分析。从植物生理角度分析生态需水 ,得到天然植被的总腾发量 Et,作为植被生态需水总量。各典型天然植被的 Et通过实验资料获得。将植被和水面的总生态需水量扣除有效降水补充的部分 ,即为径流性生态需水量 GE。另一方面 ,以流域为单元进行降水和径流统一考虑的水分综合平衡 ,进行生态可利用水量分析。得到生态系统可能实际利用的径流性水资源量 GR。　　将生态需水量 GE与生态系统可能实际利用的水资源量 GR进行平衡分析 ,计算实际生态耗水 ,并分析盐碱地无效耗水。根据 2 0 2 0年生态状态情景分析 ,作出了 2 0 2 0年生态需水与生态系统结构演变的预测     

湖泊水位变动对水生植被的影响机理及其调控方法

水位的高低及其变动范围、频率、发生的时间、持续的时长和规律性等是影响湖泊水生植被的核心因子.水位变动有短期、年内季节性和年际变动3种,对湖泊水生植被有不同的影响机理.水位短期变动通过对水体中的悬浮物、透明度、光衰减系数等的影响而对水生植被产生作用;周期性的年内季节性和年际水位变动可对水生植被的生态适宜性产生影响,并进而改变其时空分布;长期的高水位和低水位以及非周期性的水位季节变动会破坏水生植被长期以来对水位周期性变化所产生的适应性,从而影响了植被的正常生长、繁衍和演替.植被的极端深度和物种多样性是水位调控的核心表征指标,可通过经验数据分析法、生态模型法和参照法等方法来确定湖泊的适宜水位变动范围和时间.研究对象选择、研究方法、管理中的应用以及重要环境变化所产生的影响等是今后相关研究的核心问题.     

湖泊最低生态水位计算方法

研究湖泊最低生态水位的计算方法 ,对解决我国湖泊生态退化问题具有重要现实意义。针对我国湖泊生态资料缺乏的情况 ,提出 3种确定湖泊最低生态水位的方法。认为湖泊天然生态系统已经适应了天然多年最低水位 ,据此提出利用湖泊多年天然水位资料确定湖泊最低生态水位的方法——天然水位资料法 .认为要使湖泊生态系统不出现严重退化 ,必须使湖泊水文和地形子系统不严重退化 ,据此提出湖泊形态分析法 .从生物对生存空间的最小需求角度 ,以鱼类为指示生物 ,提出生物最小空间需求法。采用上述 3种方法计算了南四湖最低生态水位。计算结果表明 ,南四湖上级湖最低生态水位的范围为 32 .75～ 33.2 5 m,平均值为 33m;下级湖最低生态水位范围 31.2 5～ 31.75 m,平均值为 31.38m。上下两湖最小生态水位相应湖面面积之和为 5 93～86 0 km2 ,平均水位相应面积之和 70 8km2 ,占 195 3～ 1979年多年平均湖面面积 12 2 5 km2 的 5 8%。从保护南四湖自然保护区的角度看 ,确定的最低生态水位合理     

污染湖泊生态系统服务净价值评估——以滇池为例

水污染是我国湖泊生态系统面临的主要环境问题,评估污染条件下湖泊生态系统服务价值对认识和恢复污染湖泊生态功能具有重要意义。针对当前湖泊生态系统服务价值评估方法中未体现水污染负面影响的问题,在传统生态系统服务功能价值评估框架的基础上,将水污染造成的经济损失内化到生态系统服务功能价值中,提出了针对污染湖泊的生态系统服务功能价值评估方法。应用该方法核算了滇池生态系统服务净价值。结果表明:2006—2015年滇池年均生态系统服务功能价值为386.55亿元/a,水污染改变了滇池的价值结构,供水价值丧失,气候调节、旅游和蓄水等成为滇池生态系统服务功能价值的主体;滇池水污染对流域内外经济社会发展造成的损失达到15.23亿元/a,主要经济损失体现在生态补水费用和蓝藻去除费用;综合湖泊生态系统服务的正向价值和水污染的负向损失,滇池的净生态系统服务价值为371.33亿元/a,占流域GDP的11.7%。将水污染损失纳入湖泊生态系统服务功能价值评估中增强了评价结果的合理性,能够更加真实地反映湖泊生态系统对人类经济社会发展的综合影响。     

The phosphorus economy of a hypertrophic seepage lake in Scania,south Sweden groundwater influence

The phosphorus dynamics and economy of Lake Bysjön, a hypertrophic seepage lake in Scania, southern Sweden, were investigated during 1973–1977. The mean dissolved inorganic phosphorus concentration (1973–1977) was 580 µg · l^–1. There were no correlations between dissolved inorganic P, total organic P, dissolved organic P, particulate P and phytoplankton biomass. Groundwater inflow and lake water outflow through the ground are the most important factors for maintaining a constant water volume. Groundwater seepage is also important for water quality. Groundwater inflow, together with planktonic activity, keeps the P concentration high in the lake water.