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     

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。     

河南省冬小麦需水量和缺水量的时空格局

基于河南省30个气象站气候资料以及冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算了有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数计算1981—2010年各站冬小麦全生育期需水量,结合数理统计方法,分析近30年来河南省冬小麦需水量和缺水量的时空变化特征,并对其主要影响因子进行探讨。结果表明:Penman-Monteith模型对河南省冬小麦全生育期参考作物蒸散量的模拟能力较强,模拟值与同期小型蒸发皿蒸发量的相关系数r=0.85(P0.01);近30年来,河南省冬小麦全生育期降水量、有效降水量、需水量和缺水量的平均值分别为244.0、114.9、408.0和293.1 mm;在空间分布上,冬小麦全生育期降水量和有效降水量自南向北逐渐减少,而需水量和缺水量与之相反,呈自南向北逐渐增加;1981—2010年各地冬小麦全生育期降水量和有效降水的区域间差异增大,而需水量和缺水量的区域差异在缩小;从时间上看,需水量和缺水量均有下降趋势,但其线性变化趋势并不显著;各站点变化趋势存在区域差异,豫西和豫北呈增加,其余地区呈下降。偏相关分析表明,风速减小是导致河南省冬小麦需水量呈下降的最主要原因,而缺水量与降水量关系最为密切。逐步回归分析显示,需水量和缺水量的变化是各气象因素以及物候期综合作用的结果,从影响因素看,全生育期天数和降水量分别对需水量和缺水量的贡献最大。     

1967-2017年甘肃省玉米需水量与缺水量时空分布特征

基于1967-2017年甘肃省28个气象站点的逐日气象数据,采用联合国粮食与农业组织（FAO,Food and Agriculture Organization of the United Nations）推荐的作物系数法计算了玉米各生育阶段和全生育期的需水量,结合美国农业部土壤保持局（SCS,Soil Conservation Service）推荐的方法计算了玉米全生育期的有效降水量,进而得到需水量。并利用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和空间插值法对甘肃省玉米需水量和缺水量的年际变化趋势和空间分布特征进行分析。结果表明：1967-2017年甘肃省玉米全生育期平均降水量、平均有效降水量、平均需水量和平均缺水量分别为210.43、113.21、545.95 mm和421.00 mm;在时间上,51年来,甘肃省玉米全生育期内的降水量和有效降水量整体上呈明显的下降趋势,而需水量和缺水量整体上没有明显的变化趋势,属于正常波动;在空间上,玉米全生育期的降水量和有效降水量整体上由东南向西北减少,而需水量和缺水量整体上由东南向西北增加。28个站点中,51年来只有甘南和岷县站点的有效降水量能满足玉米生长初期的需水要求,其他站点在任何生长阶段均不能满足玉米需水要求,需要进行人工灌溉。     

海河流域典型河口生态环境需水量

在分析河口生态环境需水量类型及特征的基础上 ,采用水文学、生物学及水力学方法计算了海河流域中海河口、滦河口及漳卫新河口生态系统水循环、生物循环消耗水量及生物栖息地需水量。考虑不同生态功能需水量间的兼容性 ,得到各河口生态环境需水年度总量 ,以保持河口径流时间分布自然性为基础 ,确定了生态环境需水量年内时间分配。结果表明 ,即使不考虑污染物的排放 ,近年来海河口、漳卫新河口实际径流量已无法满足最低等级生态环境需水量 5 .97和 4 .96亿 m3的要求。相应河口生态系统已发生了不可自然恢复的退化。滦河口径流年度总量基本满足生态环境要求 ,其生态保护重点在于保持生态环境需水量年内时间变化的自然状况。通过比较不同河口间生态环境需水量结果 ,认为河口生态环境需水量空间差异性主要源于河口间气候和径流量的不同 ,时间差异性则受到河口地区年内季节间气候变化幅度的影响。保证污染物达标排放基础上 ,保持河口生态系统蒸发消耗、水体盐度需水量及相应年内时间变化的自然性应成为海河流域河口生态环境保护及恢复工作中的基础     

干旱地区生态环境需水评价研究——以民勤县为例

为科学准确的评价半干旱地区生态环境需水状况, 对生态环境需水评价概念进行概括, 以“自然—水资源—社会经济—生态”复合系统为研究角度, 建立1目标、4准则, 29指标的半干旱地区生态环境需水评价体系, 将熵值理论引入层次分析法结合计算指标权重以消除主观经验对结果的影响, 以半干旱地区民勤县为例, 使用模糊综合评价法对该地区2006—2015年的生态环境需水及其子系统状况进行评价分析。结果表明: ①对半干旱地区生态需水评价指数影响最大的是“水资源”子系统与“生态”子系统; 缺水量、年平均水资源量、生态用水量占比、地均水资源量及人均水资源量为影响力最大指标。②近十年民勤县的生态环境需水处于“较差”转向“一般”的阶段, 与各子系统的协调度逐年变好, 说明该地生态治理取得了成效。该方法可应用于类似半干旱地区的生态环境需水评价, 为半干旱地区制定水资源调控战略及生态需水研究奠定一定的理论基础。     

珠江三角洲经济区城市生态环境承载力研究

在引入“相对剩余环境容量”概念的基础上,提出珠江三角洲经济区城市生态环境承载力的计算方法,并对重点城市之间的生态环境承载力进行比较与分析     

近30年我国棉花需水特征

利用1981—2010年我国棉花全生育期和各生育阶段降水资料,分析在不同年降水量保证率条件下,棉花全生育期降水和需水量的变化特征.结果表明: 我国棉花全生育期降水分布总体稳定少变,由南至北降水量递减;棉花全生育期需水量分布情况相似,新疆地区需水量较全国其他地方多;降水盈亏0毫米线在35° N附近,最大亏缺量在1000 mm左右,最大盈余量在800～1200 mm.各生育阶段需水量以下降趋势为主,尤其是开花-吐絮期更为明显,棉花全生育期需水量Kendall倾斜度为-3.6673～-0.3733.     

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。     

城市生态环境损害鉴定评估监测体系研究

我国城市生态环境损害事件频发,不但造成大气、地表水、地下水、土壤等环境质量下降,也造成城市生态系统结构和功能的退化,推进生态环境损害赔偿制度势在必行。由于城市生态系统的复杂性和特殊性,确认环境损害行为、说清因果关系、判定损害程度和计算赔偿金额等环节难度均比较大,开展城市生态环境损害鉴定评估技术研究迫在眉睫。根据城市地理学和城市生态学相关理论,在分析城市生态环境损害概念和特征基础上,从城市生态系统完整性角度出发,结合实例构建了一套测度城市生态系统损害状态监测的样方体系,通过形成城市生态环境整体水平评估框架为综合判定城市生态环境基线奠定基础;进一步提出充分利用既有生态观测样方、环境监测站点和社会公众参与式数据共享策略,以提高现场勘察效率、降低鉴定评估成本和提高评估结果质量的方法。研究所形成的样方体系、监测策略和方法对我国城市生态环境损害鉴定评估工作业务化具有指导意义。     

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。     

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。     

城市河湖生态系统健康评价——以北京市“六海”为例

健康的城市河湖才能发挥生态环境功能,体现景观和人文价值。城市河湖健康评价是城市河湖科学管理和生态恢复的前提和基础。对城市河湖生态系统健康概念和内涵进行了探讨,建立了评价指标体系和评价模型。以北京“六海”为例,对各子湖的健康状况进行比较评价。结果表明,中海和南海处于不健康向临界转化的状态,其余4个湖均处于不健康状态;水环境质量、水生态系统结构和功能以及水滨空间结构是影响“六海”健康水平的制约因素;除南海外,各湖的健康程度都处于很差的级别。中海和南海的整体生态环境好于其余4湖,对健康和临界状态的隶属度之和接近0.6,可恢复程度处于中等水平;其余4湖对健康和临界状态的隶属度之和均小于0.3,恢复困难。对“六海”的生态恢复和科学管理提出建议:①控制点源、面源污染,改善入湖和湖水水质;②改善“六海”的水文条件;③恢复水生态系统结构和水滨空间。     

侵占城郊型林地的生态环境损害案例分析及评估方法

城市周边森林生态系统不断被蚕食,导致生态系统功能退化,严重威胁到城市的生态安全。增强"环境有价,损害担责,应赔尽赔"理念和提升城市生态系统质量势在必行。结合某城市一宗非法侵占近郊林地案,首先完整和系统地分析了生态环境损害鉴定评估流程：包括接受委托、初步调查、方案设计、时空范围确定、基线确认、因果关系分析、损害确认等,直至形成评估结果并被法院采纳,以期凝练总结针对城市生态系统的生态环境损害鉴定评估业务化流程。结合本案破坏行为持续时间长（约为13年）,涉案林地面积逐年递增（从最初的6550 m²到最终的24040 m²）等特点,以周边同期未破坏林地为"对照样地",通过实地调查及相关资料分析,确定损害基线种群密度（2066株/hm²）、林分高度（6.4 m）、生物量（104600 kg/hm²）等关键参数,最终计算生态环境损害价值量为2182573元。研究侵占城郊型林地生态环境损害典型案例,对突显城市生态系统损害案件的鉴定评估环节具有重要引领作用。     

基于水生态健康维护的空间开发管制分区研究——以巢湖环湖地区为例

水生态健康已成为区域环境管理的新目标及国内外生态环境领域研究的热点。在快速工业化和城市化推动下,巢湖环湖地区出现了水质恶化、植被消亡与生态系统功能退化等水生态健康问题,旨在通过环湖地区的空间开发管制分区,处理好开发与保护的关系,实现环湖地区水生态系统持续、健康发展。应用Arc GIS空间分析平台,构建由水生态敏感性和水生态压力组成的分区评价指标体系,以500 m×500 m网格为评价单元,通过单要素与多要素的综合评价,借助二维关联矩阵分析,进行空间开发管制分区,据此提出差别化的区域开发与生态环境保护导向。结果表明:巢湖环湖地区从空间单元上可确定为低敏低压区、低敏高压区、高敏低压区、高敏高压区4种类型区;水生态敏感性较高的环湖主要入湖河流两侧,以加强生态修复和环境保护为主;滨湖新区北部、巢湖市区及各镇镇中心水生态压力较大,迫切需要转型升级,实施严格的环境准入条件和污染排放标准;虽然环湖乡镇大部分地区水生态敏感性和水生态压力相对较低,可依托本地优势资源,因地制宜、错位发展,但严格控制新增污染物排放、维护水生态健康发展是首要任务。     

南水北调中线汉中市水源地生态脆弱性评价与特征分析

南水北调中线工程是为了缓解我国华北地区水资源严重短缺的一项大型调水工程,其水源地的生态环境质量,直接关系到中线工程的水质安全及其长效运行,对区域社会经济发展具有重要影响。以位于南水北调中线工程水源地的汉中市为研究对象,基于遥感和GIS技术,采用"压力—状态—响应"评价模型框架,利用空间主成分分析方法对汉中市生态脆弱性进行定量评价。结果表明:1)汉中市生态脆弱性整体处于中等偏高水平,其形成是人类活动与自然环境相互作用的结果,年均气温、年均降水量、人均GDP、土壤侵蚀强度和海拔为主要的驱动因子;2)不同海拔梯度上,中山区和高中山区生态脆弱性程度高,其次为高山区,低山区和丘陵区生态脆弱性程度相对较弱;3)不同行政区划上,西部和东部的略阳县、宁强县、佛坪县、西乡县和镇巴县5个县区脆弱性程度最高,中部的汉台区生态脆弱性程度最弱,其他各县区生态脆弱性程度居中;4)汉中市生态脆弱性指数具有强烈的空间自相关性特征,其空间异质性具有明显的各向异性特点,45°和135°方向上的空间变异最大。研究可为水源地生态建设与恢复、区域可持续发展规划提供理论基础和科学依据。     

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。     

长江生态考核指标: 基于被动声学监测的长江江豚数量

长江是复杂的生态系统, 但是随着长江生态环境的持续变化, 尤其是人类扰动所致的变化, 长江中的几种极其重要的大型物种先后因此而走向“灭绝”, 或“极可能灭绝”, 或“极度濒危”, 因此在现阶段有必要以现存于长江中的大型物种的生存状况为核心, 建立一项新的生态考核指标, 以综合表征长江生态系统的健康状况和生物多样性的完整性, 为“十年禁捕”和《长江保护法》的顺利实施提供科技支持。长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)仅分布于长江中下游及洞庭湖、鄱阳湖, 是长江中极可能仅存的大型水生哺乳动物, 多年来一直受到社会各界的高度关注, 已成为长江“明星”物种。长江江豚种群分布和数量的变化与长江生态环境和鱼类资源的变化密切相关, 具有综合表征生态环境质量和生物多样性及其变化的基本属性。在复杂的水下声环境中, 长江江豚的声纳信号具有独特的时频特征, 具有较强的可监测性和可量化特征, 并且已被广泛应用于长江江豚的被动声学监测、实时识别和群体估算。同时, 在自然水域对长江江豚进行被动声学监测是一项方便和高效的工作。在沿江和沿湖设置一些样地水域, 布置水下声学仪器, 开展长期被动声学监测, 不但可以掌握长江江豚的分布规律、群体规模及其变化, 而且可以为定量分析样地水域生态环境质量和鱼类等水生生物的丰度提供可信的依据, 继而可以为定量评价所监测水域人类活动对生态环境及水生生物扰动提供长期数据支撑。因此, 基于被动声学监测的长江江豚种群数量, 可作为一项重要的生态考核指标, 用于定量评价长江生态环境质量和水生生物多样性及其在时间和空间上的变化, 并用于考核相关保护工作的落实情况和实际的保护效果。