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。     

供氮和增温对倍增二氧化碳浓度下荫香叶片光合作用的影响

供给0～0.6 mg N的盆栽荫香(Cinnamomum burmannii)幼树分别生长在倍增CO ₂(+CO₂,731 μmol·mol^-1)和正常空气CO ₂浓度(CO ₂,365 μmol·mol^-1)的生长箱内,昼夜温度分别为25/23 ℃和32/25 ℃,自然光照下生长30 d.以生长在CO₂和25/23 ℃下的植株为对照研究增温和氮对+CO₂叶片光合作用的影响.结果表明,在+CO₂和25/23 ℃下无氮和氮处理植株的平均光合速率(Pnsat)较+CO₂和32/25 ℃下的叶片高5.1%,温度增高降低叶片Pnsat;而Pnsat随供氮而增高.在+CO₂条件下,生长在32/25 ℃下的叶片Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递速率(Jmax)较25/23 ℃下的低(P＜0.05),温度增高降低+CO₂下叶片的Vcmax和Jmax在+CO2下叶片光合呼吸速率(Rp)较低,生长温度增高提升Rp.在CO₂下生长温度从25/23 ℃增至32/25 ℃,叶片的Rubisco含量(NR)和Rubisco活化中心浓度(M)降低,而供氮能增高NR和M.供氮能减缓温度增高对倍增CO₂下荫香叶片光合作用的限制.     

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     

干旱半干旱区植被生态需水量计算方法评述

植被是生态系统的重要组成部分,在维持生态系统的平衡和稳定中起着重要的作用。对植被生态需水研究已成为水资源优化配置和生态环境建设研究中的热点问题。在综合分析有关研究文献的基础上,介绍了植被生态需水的概念。对干旱半干旱区植被生态需水量常用的几种计算方法——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进行了详细综述,并对这些方法在实际应用中的优缺点予以评析。最后指出在“3S”技术应用、数值模型建立、尺度转换等方面加强研究,应是未来植被生态需水量计算方法完善创新的方向。     

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。     

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响.结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30 min 雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P＜0.01).同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林.同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大.沙棘纯林及其混交林30 cm 以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值.2002年沙棘纯林的耗水深度为220 cm,而其混交林的耗水深度达到300 cm.同时,在整个生长季节中,沙棘纯林及其混交林整个剖面平均土壤含水量存在着显著的差异,表现为:沙棘×杨树＜沙棘＜沙棘×油松.     

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     

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。     

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     

黄河三角洲湿地蒸散量与典型植被的生态需水量

蒸散量（ET）是黄河三角洲湿地水资源的主要消耗项,包括植被蒸腾、水面蒸发以及裸土蒸发等。植被生态需水是为了保证植被生态系统能够健康维持并确保其生态服务功能得到正常发挥而必须消耗的一部分水量。准确地估算湿地蒸散量、研究植被生态需水量对于保护湿地生态环境是十分必要的。应用MODIS的地表反射率、地表温度数据与常规气象数据以及土地利用/覆盖图,利用蒸散量的遥感估算模型SEBS模型估算了晴天条件下的黄河三角洲湿地日蒸散量,采用HANTS算法插补了非晴天条件下的日蒸散量,从而得到2001～2005年的该湿地年蒸散量的时间序列,并对蒸散量进行验证和分析。结合该地区典型植被生态需水量与植被蒸散耗水量,估算了2001～2005年的生态补水量。结果表明：与实测值相比,遥感估算月蒸散量的均方差RMSD为16.4mm,平均绝对百分比误差MAPD是11.9%,两者基本一致。黄河三角洲湿地的蒸散量在空间分布上以水体及周围地区、滨海滩涂、黄河故道以及黄河两岸沼泽湿地等的蒸散量较高,居民地蒸散量较低。蒸散量的年际变化不大,季节变化呈单峰型,以5、6、7月份蒸散量最大,月蒸散量在110～120mm之间。2001～2005年期间,每年至少有40%面积的芦苇沼泽和60%面积的芦苇草甸水分供应不足,植被的正常生长受到影响,尤其2002年较为严重,2004年以后情况有所改善。2002年芦苇的生态补水量最大,在9.9×10^7～3.19×108m^3之间,而2004年的生态补水量最小,在3.0×10^7～2.39×108m^3之间。     

生态环境需水量研究进展

主要从概念、分类以及计算方法等方面论述了生态环境需水量的国内外研究动态．目前．国外对生态环境需水量的研究主要集中在河流方面,并已形成一套比较成熟的计算方法体系;国内则主要集中于水资源缺乏的西北内陆河流域和黄河、海滦河流域的陆地和河流方面的研究．总的来说,国内外对生态环境需水量的研究已经取得了一定的成果,但仍然存在着许多尚待进一步研究的问题：(1)强化生态环境需水量的基础理论(概念、分类和计算方法等)研究;(2)加强对生态环境需水量的内在与外在影响因素及保障生态环境需水量的途径与措施等方面的研究;(3)拓展生态需水量的应用性研究等。     

A management-oriented valuation method to determine ecological water requirement for wetlands in the Yellow River Delta of China

A wide range of human impacts have resulted in changes to wetland water regimes throughout the natural reserve of the Yellow River Delta. Specific local impacts which affect wetland water regimes include hydrological alterations associated with urban and agricultural development. Increasingly, management decisions must be made regarding the amount and timing of water required to maintain the ecosystem's diversity and its ecological characteristics. In this paper, based on the practice in the natural reserve and the important request of Ramsar for the “wise use” of wetlands in which ecological characteristics need to be reserved, a set of management objectives for the wetland natural reserve is proposed. The objectives include protecting the ecosystem and the waterfowl resources in the new wetland, renewing biodiversity and maintaining the function of the ecosystem. By means of a correlation analysis between the wetland biota and water regime, the ecological water requirement for the wetlands is proposed and classified into three classes, i.e., minimum, moderate and perfect water requirement, corresponding to the basic, moderate and perfect management objective, respectively. The results show that the minimum, moderate and perfect water requirements, respectively, are 37.94×10⁸, 49.47×10⁸ and 64.57×10⁸ m³ per year if the water required for sediment flushing is not considered in the wetland natural reserve. If the water required for sediment flushing is included, the amount will be 187.94×10⁸, 199.47×10⁸ and 214.57×10⁸ m³ per year, respectively, which cover 47%, 50% and 54% of the available ecological water quantities observed in the lower Yellow River during the 1950s.     

生态环境需水量研究进展与理论探析

通过对国内外生态环境需水量研究现状的分析 ,阐述了生态环境需水量的概念。提出生态环境需水量是由河道内生态环境需水和河道外生态环境需水、景观娱乐需水三部分组成的观点 ,从生态环境需水的时空分布、自然生态优先和可持续角度对其内涵进行了探讨 ,分析了生态环境需水量的动态性、可控制性和极限特性。对目前采取的各种生态环境需水量计算评价方法进行了总结 ,展望了该研究领域的发展趋势。     

基于不同保护目标的河道内生态需水量分析——以琉璃河湿地为例

为探索不同阶段保护目标下的河道内生态需水量,以北京市房山区琉璃河为研究区域,基于琉璃河湿地工程的特殊性,在同一工程项目中不同阶段创新应用环境需水量和生态需水量两种方法,分别计算在截污工程完成前满足水质要求的河道内环境需水量和截污工程完成后满足以生态修复及维系为目标的河道内生态需水量。结果表明:(1)在考虑景观娱乐水量的情况下,二者一次生态需水量均为196.78万m~3;(2)以消纳污水为目标的河道内,在考虑河道稀释及自净能力的情况下,利用水环境容量法计算净化需水量为30.39万m~3/d,景观娱乐需水量为180.43万m~3,河道内的土壤储水量为16.136万m~3,水体年蒸发量为78.03万m~3,日均0.21万m~3,水体渗透量21.69万m~3,日均渗漏量0.03万m~3;(3)以生态修复及维系为目标的河道中,河道内的水生生物栖息地需水量为71.73万m~3。(4)在截污工作未完成之前,琉璃河内需每日注入30.39万m~3/d的湿地出水以保持水质。在不同保护目标下,如何依据河流实际情况,满足不同的需求,完善生态需水的计算方法,维持生态系统的稳定健康,将是未来关注的重点。     

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。     

城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例

水资源生态足迹可以直接反映区域人类社会经济活动对水资源的压力.本研究在现有的生态足迹模型基础上,充分考虑城市自然生态系统对水资源的需求,建立了包括居民日常生活用水、生产运营用水、公共服务用水和生态需水4类帐户的城市水资源生态足迹核算模型,并结合沈阳市实际情况,确定了模型中的相关参数,对沈阳市水资源生态足迹和生态承载力进行分析.结果表明:2000-2009年,沈阳市人均水资源生态足迹总体呈下降态势,但各年度均为水生态赤字;2005年较2000年水资源生态足迹人均下降0.31 hm2,2006、2007年有小幅回升,2008、2009年趋于平稳,说明沈阳市水资源可持续利用状况有一定改善,但仍处于不可持续状态.     

澜沧江(云南段)河道生态需水量计算

综合分析澜沧江地理地貌、水文气象以及人类活动等现状特征,将澜沧江河道分为三区五段九大支流,并根据需水特征选取了上游旧州、中下游戛旧、下游允景洪3区作为研究区。在多年逐月实测径流量数据的基础上,通过运用生态现状的时空分析比较、数据资料的集中趋势以及离散程度分析等方法设定了河道生态需水等级系数;在通过对澜沧江径流量集中与离散程度分析的基础上,选择了频度法进行生态径流量的计算;综合河道生态需水等级系数与生态径流量进行澜沧江河道生态需水的计算,并对澜沧江汛期与非汛期河道生态需水量进行了分析计算。通过综合分析比较,结果显示澜沧江河道最小、适宜以及理想河道生态需水量分别为161·77×108m3、278·22×108m3、358·82×104m3,占澜沧江多年实测平均径流量(567·76×108m3)的28·49%、49·00%、63·20%,占澜沧江多年径流量(765×108m3)的21·15%、36·37%、46·90%。     

东北地区生态环境中的Se及其生态效应

对东北地区不同环境要素Ｓｅ的分布与转化规律的研究表明,基岩、土壤、粮食和动物毛Ｓｅ含量分别为０．１２、０．１５０－０．５４０、０．００９６－０．０７６５和０．０４０５－０．１４１４μｇ．ｇ＾－１;城市和农村儿童发Ｓｅ含量为０．４６０和０．１８２μｇ．ｇ＾－１。根据不同要素Ｓｅ含量和生态效应,可将该区分为Ｓｅ适宜区、缺乏区和过渡区３个１级区,每个１级区又分为高Ｓｅ源区的低Ｓｅ源区。     

长白山阔叶红松林主要树种对干旱胁迫的生态反应及生物量分配的初步研究

以组成长白山温带阔叶红松林主要树种红松,水曲柳,胡桃楸,椴树和蒙古柞的幼苗,盆载于土壤含水量分别为田间持水量的85％－100％（CK）,65％－85％（MW）和45％－65％（LW）条件下4个月,研究不同土壤水分亏缺对不同树种生态反应和生物量再分配,结果表明,干旱处理显著降低供试树种的单叶面积,侧根数,根长等,降低叶比重,增加根比重,不同种对干旱响应应存在明显差异,椴树和水曲柳叶比重随水分亏缺的加剧而显著降低,蒙古柞和胡桃揪叶比重值在轻度水分亏缺时达到最高,但不同树种幼树茎比重并不随土壤水分含量的降低而发生明显变化,各树种生物量较对照组有显著差异,椴树,水曲柳,胡桃揪,红松幼树总生物量平均降低32．8,43．6,26．2和23．8％,蒙古柞幼 树生物量平均增加4．8％,耐旱性比其它4个供试树种强。