河流生态径流计算的逐月频率计算法

界定了生态径流、最小生态径流、最大生态径流、适宜生态径流的概念,提出了一种新的河流生态径流计算方法——逐月频率计算法,指出了方法的优缺点以及适用范围。以计算洛阳市境内伊河的栾川站和龙门镇站生态径流为例,说明了计算过程,同时用Tennant法作对比。结果表明:运用新的逐月频率计算法比用以往的逐月频率计算法得到的适宜生态径流过程径流量要大,河流的生态状况更好,更有利于河流自身的生态健康和河流周围生物栖息地的保护。     

基于RS和GIS的干旱区内陆河流域生态系统质量综合评价——以石羊河流域为例

石羊河流域是河西走廊东段重要生态区,也是用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区之一,对其进行生态系统质量的评价,可为干旱区内陆河流域的生态保护工作提供借鉴.依据生态系统质量概念,以统计数据、遥感数据和土地覆被数据为基础,从生态系统的3方面(生产力、稳定性和承载力)构建评价指数,基于非参数Kruskal-Wallis卡方(χ²)检验和熵值法确定指标权重,结合RS、GIS和SPSS软件对2000、2005、2010和2015年石羊河流域不同生态系统类型的质量及各指数进行综合评价及变化分析.结果表明: 2000—2015年,石羊河流域生态系统质量均值为57.76,呈现显著下降趋势,年降幅为0.72,空间分布呈上游优于中游、中游优于下游的状态;生态系统生产能力、稳定性和承载力均值分别为67.52、45.37、58.53,生产能力和稳定性小幅上升,承载力逐渐下降.就各生态系统类型来看,森林生态系统质量最高,年均值为78.12,年降幅最小,为0.28;其次是草地、农田和城镇生态系统,年均值分别为62.45、58.76、50.29;湿地生态系统质量最低,年降幅最大,达0.98.     

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。     

雅砻江干流河道内生态需水量生境模拟法研究

生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题。在现场调查的基础上,根据雅砻江干流独特的生态环境特点与保护目标,选择了包括水文和生物两方面信息的方法―生境模拟法,以达到满足保护水生生物的生境目标,维持调水河流良好的生态功能的目的。结果表明,生境模拟法计算的各站各年的河道内生态需水量基本上处于或接近Tennant法所设定的最小和适宜生态需水量之间,而Tennant法设定的计算标准主要考虑当地的水生生物生活习性及气候特点,符合当地的河流生态与环境条件。可见应用生境模拟法来计算河道内生态需水量是可行的。     

SWAT模型辅助下的生态恢复水文响应——以陇西黄土高原华家岭南河流域为例

生态环境问题受到了日益广泛的关注,生态恢复也在各地蓬勃开展,但生态恢复工程的开展迫切需要相关理论研究的指导.采用假定生态恢复情景的方法,在遥感和地理信息系统的支持下,利用分布式水文模型SWAT(Soil and Water Assessment Tool)对陇西黄土高原的典型流域--华家岭南河流域进行了多种生态恢复情景模型的设计,并模拟了不同生态恢复情景下径流和蒸散发的响应情况.得出:在南河流域草地比森林植被涵养水源的作用更强,模拟年均径流深比林地低9.1%,而蒸散发却高2.2%,所以南河流域生态恢复过程中种草是十分必要的.结果同时表明,应用SWAT模型进行流域尺度的生态恢复水文响应研究是可行高效的.     

西双版纳热带季节雨林集水区基流特征

利用西双版纳热带季节雨林集水区1996--2006年日径流序列资料,计算出逐年基流指数值(BFI);以二水源假设理论为依据,用基流指数值对日径流资料做基流分割,计算出热带季节雨林集水区基流量.结果表明:西双版纳热带季节雨林集水区年基流指数值在0.24～0.45,均值为0.322,年间变化较小;月基流指数值在0.31～0.34,干季大于雨季;径流总量与降雨量年内变化趋势较为一致.本文结果将为热带森林生态水文功能研究和热带区域水资源的规划管理提供基础数据.     

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...     

西双版纳山地橡胶林凋落物的生态水文效应

森林凋落物具有阻滞径流、拦截泥沙和均衡土壤水热状况等功效.以西双版纳地区20年生橡胶林为对象,采用径流微小区法和剔除-对照凋落物等实验,测定了其凋落物的生态水文效应,结果表明:橡胶林坡地剔除凋落物径流微小区(2009年10月-2010年9月)径流量为625.7±18.5 mm,显著高于对照的185.1±72.7 mm;剔除凋落物径流泥沙浓度与最大1h降雨强度呈显著正相关.剔除凋落物使橡胶林坡地(6、7月除外)和台地(8月除外)表层土壤(0～10 cm)湿度均显著降低;剔除凋落物表土平均温度在雾凉季(11月-翌年2月)显著低于对照,而在干热季(3-4月)显著高于对照,且剔除凋落物表土温度整年都比对照具有更大日变化幅度.可见橡胶林凋落物具有较好的生态水文功效,然而,受频繁人为割胶活动等的影响,台地凋落物的分解速率在雨季中、后期加快,不利于其生态水文效应的发挥,故在营林活动和生态恢复中应加强对凋落物的管理与保护.     

基于生态水权分配的太子河河道内生态需水量计算

生态水权是流域初始水权的重要组成部分,河流生态需水量计算是流域生态水权分配和生态环境保护的依据。在对太子河实地调查研究的基础上,采用月保证率法和鱼类生境法对太子河河道内生态需水量进行了估算,并选用Tennant法对计算结果进行验证。结果表明:2种方法计算结果是合理的;根据水资源与用水现状权衡,确定出各河段最小、适宜和理想等级的生态需水量;通过河段各等级生态需水量计算结果与现状流量比较,发现各水文站现状流量基本可以满足河流最小生态需水量的要求,而适宜或理想等级的生态需水量还需要采取多种措施在河道内预留这部分水量来保证生态水权。     

阿拉善荒漠4种植物叶RNA/DNA比和RNA/蛋白质比的季节变化

为比较进展演替和正在演替中建群植物体内RNA/DNA比、RNA/蛋白质比的变化,选择阿拉善荒漠基于流沙基质演替系列建群植物籽蒿(Artemisia sphaerocephalla)、油蒿(A. ordosica)、冷蒿(A. frigida)与猫头刺(Oxytropis aciphylla)为对象,分析了生长季4种植物幼嫩枝叶RNA、DNA、蛋白质以及RNA/DNA比和RNA/蛋白质比的季节变化。结果表明,叶DNA含量,4种植物均为5月最低,籽蒿和猫头刺7月最高而油蒿和冷蒿5至9月逐渐升高;叶RNA含量,油蒿和冷蒿7月最高,籽蒿5月最高、7月最低,猫头刺5至9月逐渐升高;叶蛋白质含量,4种植物均为7月最低、9月最高;叶RNA/DNA比,籽蒿和猫头刺7月最低而油蒿和冷蒿7月最高,随进展演替4种植物叶RNA/DNA比生长季均值逐渐降低;叶RNA/蛋白质比,4种植物均为7月最高且显著高于5月,演替替代种冷蒿叶RNA/蛋白质比生长季均值高于被替代种油蒿。可见,演替系列建群植物与演替群落被替代种和替代种叶RNA/DNA比与RNA/蛋白质比存在明显季节分异并与植物生长快慢相关。     

Ecological reservoir operation based on DFM and improved PA-DDS algorithm: A case study in Jinsha river,China

Abstract

This study aims to explore the optimization of reservoir operation in the Jinsha River, accounting for both economic and ecological needs. Power generation was set as an objective to express economic needs, while water supply, shipping, and flood control were considered as restrictions. The distribution flow method (DFM) based on Pearson-III curve was proposed to calculate the most optimal ecological flow (MOEF). Additionally, minimal difference between the outflow and MOEF was set as an objective to reflect ecological needs. Results indicated that the DFM was more objective, effective, and convenient than the improved Tennant method and monthly frequency computation method in calculating the MOEF. An improved Pareto archived dynamically dimensioned search (PA-DDS) algorithm was introduced to address completed reservoir optimization. Results highlighted that the application of the improved PA-DDS produced more convergence, uniformity, and stability in nondominated solutions (NDS), compared with the non-dominated sorting genetic algorithm-II (NSGA-II). Separate optimization and joint optimization of cascade reservoir operation were studied using the improved PA-DDS. The results indicated that joint optimization produced higher power generation in the dry year and normal year, and significant reduction in the difference between the outflow and MOEF in the wet year.     

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。     

机会成本法在确定生态补偿标准中的应用——以海南中部山区为例

合理的确定生态补偿标准是构建生态补偿机制的关键和难点.以海南中部山区为例,在遥感解译、问卷调查以及模型模拟的基础上,计算了贴现橡胶和槟榔经营现金流,以土地权属为载体,应用机会成本法确定了海南中部山区进行森林保护的机会成本(2.37×108元/年);探讨了时间因子和风险因子对机会成本的影响:时间因子对机会成本的影响主要体现于贴现率和不同时期的现金流上,风险的存在降低了机会成本.土地权属结合机会成本估算,是确定区域生态补偿的有效方法,考虑时间因子和风险因子的影响将使生态补偿标准的估算更为合理和科学.     

Issues in using the WinRHIZO system to determine physical characteristics of plant fine roots☆

Image analysis systems have facilitated rapid measurements of fine root length (RL), diameter (RD), volume (RV), etc. The WinRHIZO system is unlike other image analysis systems in that it can detect, and make corrections for, areas of root overlap. It is designed to be capable of using both Regent’s non-statistical method (WinRHIZO method) and Tennant’s statistical method (line-intersect method), and can simultaneously output the root measurements by both methods when they are chosen at the same time. This study tested: (1), the efficacy of the overlap correction function in the WinRHIZO system; and (2), the consistency of fine root measurements between the WinRHIZO and Tennant methods with two sets of root measurement data from winter wheat (Triticum aestivium L.). The results showed that there were significant differences in RL, RD and RV between small root samples with and without stumps. The impact of root stumps outweighed the overlap correction efficacy in WinRHIZO. The values from the Tennant method are significantly different from those using the WinRHIZO method, although both results are statistically closely correlated. This indicated how critical it was to use without-stump root samples when using image analysis systems to measure RL, RD, RV, etc., and to keep in mind that a significant difference in root measurements may be methodologically related when comparing the results of various experiments from these two methods. Our research results bear important implications for the study of root ecology.     

基于物质流分析的废纸回收利用体系生态成本研究

废弃物回收利用在一定程度上对缓解资源和环境危机起到积极的作用,已经成为可持续发展的重要举措,但生产过程中消耗的资源、能源,排放的污染物同样也会对自然环境产生负面影响。为解决此问题,以废纸回收利用体系为例,基于物质流分析方法构建了生态成本核算模型,为废弃物回收利用体系优化提供基础。在对生态成本相关研究归纳总结的基础上,定义了生态成本的概念,界定了生态成本的研究内容,并分析基于物质流核算生态成本的可行性。生态成本是对生态负荷的价值化,主要分为资源耗减成本、污染产生和环境保护成本以及生态环境损害成本3部分。污染产生和环境保护成本可以通过将总成本按比例分配给正、负产品的方式求得,资源耗减成本和环境损害成本借助LIME方法核算,总生态成本是回收利用体系内部各项生态成本的总和。生态成本核算是评价生态负荷的重要手段,在废纸回收利用体系物质流动图的基础上,分析各生产流程生态成本的构成情况。提出的生态成本核算模型不仅适用于废纸回收利用体系,其他废弃物也同样适用。通过生态成本的核算,寻找到对生态环境影响较大的工序、流程,为废弃物回收利用体系经济与环境的双赢提供理论与实践指导。     

Invertebrate communities and hydrological variation in Cairngorm mountain streams

Macroinvertebrates, discharge and 16 chemical variables were monitored over a 14-year period in four small streams (catchment area <15 km²) in the Cairngorm mountains, Scotland. Canonical Correspondence Analysis (CCA) was used to assess relationships between invertebrates and environmental conditions on the day of sampling, average conditions over the preceding 1, 2 and 3-month periods and indices of hydrological and hydrochemical variation over preceding monthly intervals.CCA detected subtle inter-catchment differences in invertebrate community structure, with catchments separated along axes representing streamwater calcium, alkalinity and total organic carbon concentrations. Invertebrate communities varied seasonally, with spring, summer and autumn samples separated along CCA axes representing temperature, orthosilicate and discharge. Hydrochemically, spring was the most variable season, characterised by increased frequency of both high and low flow events and acid, snowmelt episodes. In two of the streams, invertebrate community structure varied more in spring than in other seasons.CCA ordinations using indices of hydrological and hydrochemical variation over preceding time periods were more successful (increased eigenvalues) at explaining temporal variation in invertebrate community structure than those using conditions on the day of sampling or average conditions over preceding time periods. For one of the catchments, 40% of the seasonal and between-year variation over the 14-year period could be explained by the frequency of high and low flow events, maximum and minimum water temperatures and acid episodes in the two months prior to the invertebrate samples being collected. The single most important flow parameter (longest CCA arrow) was the frequency of high flow events greater than three times the median discharge.No significant trends in invertebrate community composition were found in any of the streams over the 14-year period so, despite the apparent importance of hydrological and hydrochemical variation, communities appeared stable over the long-term.