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.     

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     

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。     

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。     

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。     

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。     

黄河流域城市生态环境需水量案例研究

根据城市生态环境需水量研究的需要 ,将黄河流域城市分为 5个类别 ,基于降水量和水资源量概念两个研究平台计算黄河流域城市生态环境需水量 ,并对其影响因子进行分析。结果表明 :1基于降水量概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为7.95 5× 10 8m3,其中城市绿地和河湖最小需水量分别占总需水量的为 39.1%和 6 0 .9% ;基于水资源概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为 6 .0 4 3× 10 8m3,占黄河流域城市市区供水总量的 12 .86 %。 2城市类别与城市生态环境需水量密切相关 ,随着城市级别的降低 ,基于降水量和水资源量概念的黄河城市最小生态环境需水量均呈现出逐渐减少的趋势。3黄河流域城市生态环境需水量表现出明显的空间差异性 ,黄河中下游地区形成城市生态环境需水量的高值区。4黄河流域城市生态环境现状用水量为 2 .876× 10 8m3,最小缺水量为 3.6 6 2× 10 8m3,其中城市绿地和河湖的最小缺水量分别为 0 .84 9× 10 8m3和 2 .830×10 8m3,亟需对黄河流域城市绿地和河湖系统进行补水。 5城市生态环境需水量与需水主体的状况密切相关 ,并受到城市面积、人口和 GDP等社会经济发展指标的深刻影响 ,而降水量、蒸发量和水资源量等自然条件对城市生态环境需水量的影响较小 ,体现出城市生态环境需水量人控     

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。     

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。     

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.     

基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响

新丰江、枫树坝和白盆珠3座大型水库的建立对东江流域河道流量和河流流态过程有了较大改变,威胁河道下游生态系统的健康。基于广义指标生态剩余和生态赤字评价了东江流域受水库影响后流域生态需水需求目标总的盈余和缺失变化过程,基于IHA32指标计算的Do和DHRAM评价了水库对下游河段河流水文过程总的改变程度以及威胁河道生态系统健康的风险性大小,并进一步分析了对河道生物多样性的影响。研究结果如下:(1)水库对流量历时曲线(FDC)有显著影响,曲线上部下降,尾部上升,尤其体现在秋季和冬季。降水对年与夏季生态剩余影响较大,水库对各季节生态剩余和生态赤字均有较大影响:秋季和冬季生态赤字几乎为0,生态剩余显著增加。生态剩余和生态赤字与大部分IHA中32个指标具有很强的相关性,可作为衡量东江流域年和季节径流变化的生态指标。(2)龙川、河源、岭下和博罗4站点总体改变程度分别为58.48%、54.04%、54.32%和52.47%。河流流态变化导致总季节生态剩余增加并维持在较高水平,进一步引起河流生物多样性下降,并维持在较低水平。龙川和河源两站河流流态的变化对河流生态系统造成了高风险性影响,岭下和博罗两站则为中等风险。     

水文变异下长江荆南三口河道内生态需水量变化及贡献因素

基于1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份.在此基础上,运用GEV概率密度最大流量法计算荆南三口河道内生态需水量,并从多时空尺度视角分析河道内生态需水量的时空差异及其贡献因素.结果表明: 研究期间,新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺水文站的第一次径流突变年份分别为1990、1959、1959、1972和1972年,并将第一次突变以前的月均流量序列作为水文变异前的水文序列.在水文变异条件下,长江荆南三口1—12月的各月生态需水量分别为69.63、26.15、55.65、452.65、2166.44、4660.83、10875.66、9966.49、7868.38、4773.60、1655.01和338.49 m³·s^-1.新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺5个水文站的年均生态需水量分别为901.57、507.00、221.30、1438.03和581.62 m³·s^-1.水文变异后,荆南三口满足河道内生态需水的频率大幅下降,由变异前的55%以上下降至变异后的20%以下,生态需水缺乏现象严重.影响荆南三口河道内生态需水时空变化的因素主要为不同时期水利工程、各行业用水量等人类活动.     

长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素:基于子流域尺度分析

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义。以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素。结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71%的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显。影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反。水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85%)。上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据。     

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。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

土地覆被变化的水文响应模拟研究

采用近年来快速发展的水文模型模拟的手段,应用SWAT模型模拟了长江上游梭磨河流域不同土地覆被情景下的多年降水径流关系,定量地评估了梭磨河流域的土地覆被变化对径流、蒸发和洪峰流量的影响．结果表明,随着土地覆被状况由无植被到全是有林地覆被,径流深减小,蒸发量增加,枯季径流深减小幅度明显小于雨季的减小幅度,而且雨季初期径流深减小的幅度大于雨季后期．相同的洪水重现期,流域全为有林地覆被的情景比无植被的情景洪峰流量减小31．2％．现状覆被与未来最佳覆被之间在较大洪水上的差别不大,在较小洪水上的差别稍大．     

土地覆被变化的水文响应模拟研究

采用近年来快速发展的水文模型模拟的手段,应用SWAT模型模拟了长江上游梭磨河流域不同土地覆被情景下的多年降水径流关系,定量地评估了梭磨河流域的土地覆被变化对径流、蒸发和洪峰流量的影响.结果表明,随着土地覆被状况由无植被到全是有林地覆被,径流深减小,蒸发量增加,枯季径流深减小幅度明显小于雨季的减小幅度,而且雨季初期径流深减小的幅度大于雨季后期.相同的洪水重现期,流域全为有林地覆被的情景比无植被的情景洪峰流量减小31.2%.现状覆被与未来最佳覆被之间在较大洪水上的差别不大,在较小洪水上的差别稍大.     

How to comprehensively evaluate river discharge under the influence of a dam

The dams in the upper reaches of the Yangtze River are highly concentrated. Dam construction can effectively solve water shortage problems; however, the natural hydrological regimes of rivers have changed to varying degrees under the influence of water conservancy projects. In this study, a comprehensive method is proposed to analyze the hydrological regime changes in a river impacted by a dam through the evaluation of hydrological periodicity, hydrological frequency and hydrological parameters. Hydrological periodicity is used to evaluate the time series from the vertical multiyear perspective, while hydrological frequency is used to evaluate the time series from the horizontal one-year perspective. The two parameters have complementary roles. The indicators of hydrologic alteration and environmental flow component parameters are used to analyze the changes in various hydrological factors affected by the dam. The results demonstrate that the construction of dams can change the multiyear periodicity of the flow and reduce the peak flow. As a result, downstream fish may be unable to sense the reduced floods and fail to spawn. The indicators of hydrologic alteration and environmental flow component parameters can complement each other and can be used to evaluate changes in a hydrological regime influenced by a dam. This comprehensive method can be used to analyze how the hydrological regime is affected by this dam.     

水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务

水与生态系统的关系是重要的科学问题,并且受到社会广泛关注。水源涵养和水文调节都是陆地生态系统所能提供的水文服务,并从生态水文和水资源角度把生态系统的健康和完整性与人类社会的持续发展紧密联系起来,从而也要求动态和综合的视角加以深入研究。基于生态水文过程原理,对水源涵养和水文调节的概念进行了辨析,认为前者是后者的有机组成部分,相对具体、应用中务求精确明晰;后者则更具包容性、客观性和广泛适用性。文章进一步简要分析了当前国内外生态系统水源涵养和水文调节服务的主导评估方法,结果表明,水源涵养的评估以储水量法为主,而水文调节则以基于降水和蒸散的水量平衡法及综合模型法(如SWAT)为主。从生态系统服务相互作用的角度考量,实际上水源涵养和水文调节及其相关的其它服务类型(如固碳、土壤保持、生物生产、淡水供给等)存在着复杂的动态权衡或协同关系,在科学研究和生态系统管理实践中必须统筹考虑,以确保对科学问题的准确把握和促进"水-生态-社会系统"的高效、可持续发展。为此,必须加强对生态水文过程的长期观测和实验研究,并且关注空间异质性及尺度效应、时间动态性和利益相关者需求的多维性。