白洋淀湿地生态环境需水量研究

采用生态水位法对白洋淀湿地生态环境需水量进行了计算.该方法主要是从湿地的水文条件出发,通过对其长序列的水文资料分析,得出该湿地较适宜的水文条件,然后再与生态环境状况进行对照分析,从而得出湿地的理想和最小生态环境需水量.通过计算,得出白洋淀湿地的最小生态水位系数是0.94,理想生态水位系数大于1.10.由此,进一步计算出生态水位和生态环境需水量,该生态水位系数也为其它类似湿地提供了生态水位计算标准.白洋淀全年的月平均最小生态环境需水量为0.87×108m3,理想生态环境需水量为2.78×108m3.计算结果表明,湿地生态环境需水量夏季最大,冬季最小,符合季节气候水文条件变化规律;从实践角度看,其生态水的配置是可行的.同时,该方法可为国内其它湿地的生态环境需水计算提供参考.     

疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征研究

以疏勒河流域中游绿洲为研究区,借助统计分析法、RS和GIS技术方法,选择1970、1980、1990、2000和2013年疏勒河中游绿洲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,分析得出各种生态系统覆盖状况.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,并估算了不同时段不同区域流域中游绿洲生态环境需水量,探讨了疏勒河中游绿洲生态环境需水时空变化特征,从而为区域水资源合理配置和生态环境协调发展提供参考依据.通过计算得出了疏勒河中游绿洲1970、1980、1990、2000和2013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,同时得出总生态环境需水量分别为17.94×108、7.51×108、6.92×108、6.63×108、5.52×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量呈现逐渐减少趋势,减少了12.42×108m3.1970—2013年疏勒河中游绿洲总生态环境需水量空间变化特征呈现瓜州敦煌玉门,同时各区域生态环境需水量均呈现减少趋势.     

黄土高原地区森林植被生态需水研究

水土流失是黄土高原面临的主要生态问题,而退耕还林还草、恢复植被是治理水土流失、改善生态环境的必然选择.但黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏是影响该地区植被生态建设的根本因子.因此,植被生态需水研究对于该地区的生态环境建设具有极其重要的意义.本文根据最新遥感图像资料,在GIS支持下,计算了黄土高原地区现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量,其结果分别为262.49×10⁸ m³和421.34×10⁸ m³.除去降雨对林地耗水的补给外,以最小生态需水量为标准,则黄土高原地区在生长季发生水分亏缺的林地面积为7 639.09 km²,占现有林地总面积的9.1%,亏缺水量为4.77×10⁸ m³;以适宜生态需水量为标准,则有57.7%的现有林地在生长季中发生水分亏缺,亏缺水量为58.55×10⁸ m³.     

基于土地利用的厦门市生态水文调节服务评估

生态系统具有重要的水文调节服务,通过对降水截留、过滤、吸收等手段,能够起到削峰补枯、缓和地表径流、增加地下径流的作用.以厦门市为研究对象,采用SWAT（soil and water assessment tool）水文模型评估了2015年厦门市生态系统水文调节服务;以土地利用为驱动变量,对2010年厦门市生态水文调节服务进行了评估,分析近年来厦门市加快城市绿化和海绵城市建设背景下土地利用变化对厦门市生态水文调节服务的影响.结果表明:2015年厦门市生态水文调节量为5.43×108 m3,时空差异较为明显.从各辖区来看,位于北部山区的同安区调节量（2.91×108 m3）最高,单位面积生态水文调节量（44.61×104 m3/km2）亦最高;建成区内的湖里区调节量和单位面积调节量均最低.从年内分布来看,5—9月生态水文调节量占全年的84.96%,生态系统有效减缓了径流输出,起到削峰的作用;10—11月,生态系统通过拦蓄降水,将其转换为土壤水和地下径流,使得该时期的实际径流大于潜在径流,起到补充枯期径流的作用.在相同气象条件下,2010年和2015年厦门市生态水文调节能力的空间分布整体一致,相比于2010年,2015年厦门市生态水文调节能力有明显提高,各辖区调节量和单位面积调节量均有所增加.研究显示,厦门市生态水文调节服务受气象条件和土地利用的共同作用,降水量越大,生态水文调节量越大,并且北部高植被覆盖区的生态水文调节能力高于南部建成区.      

广州南沙红树林湿地水体和沉积物中有机氯农药的残留特征

红树林湿地对保护海岸生态环境起着重要作用,为研究有机氯农药(OCPs)在广州南沙红树林湿地水体和沉积物中的残留水平、来源和生态风险,于2015年3月采集该地区10个表层水体样品和7个表层沉积物样品,并采用GC-ECD测定其中OCPs的含量.结果表明,水体中OCPs含量为1.89~90.19 ng·L~(-1),平均值为30.16 ng·L~(-1);沉积物中OCPs含量为3.10~16.02 ng·g~(-1),平均值为8.58 ng·g~(-1).与其他河口、海湾地区相比,研究区有机氯农药污染处于中等水平.研究区水体和沉积物间HCHs和DDTs的分配系数平均值分别为857和368;在分配系数较高的区域,沉积物成为水体二次污染源的潜力较大.来源分析表明,研究区水体和沉积物中近期仍存在HCHs和DDTs输入,HCHs主要来源于林丹的使用,DDTs来源于三氯杀螨醇与工业DDT的混合输入;与水体相比,沉积物中的OCPs可能包含更多历史残留组分.风险评价结果显示,水体中OCPs的生态风险较小,但沉积物中OCPs存在较高的生态风险,可能危害红树林生态系统.     

基于生态保护目标的太子河下游河道生态需水量计算

河流生态需水量计算是进行生态水权分配的一项基础性工作,是生态环境保护和水资源配置的依据.随着社会经济的发展,流域水资源短缺和生态环境问题日益突出.针对太子河下游河段水资源开发利用现状及存在的生态环境问题,在确定生态保护目标的基础上,采用月保证率法和生态水力学法计算下游河道不同等级生态需水量,既可以从各月角度反映河道生态需水是一个与自然径流相适应的过程,又注重水生生物的关键期和生境需求.通过Tennant法验证月保证率法和生态水力学法计算结果可靠,最终确定太子河下游河道最小、适宜和理想等级年生态需水量分别为:5.31×108m3、8.52×108m3和12.17×108m3,而且现状流量可以满足最小生态需水量的要求.     

厦门市城市绿地雨洪减排效应评价

城市绿地在对雨水的渗透、滞留和调蓄方面具有非常显著的作用,能够有效削减城市的雨洪流量,缓解内涝压力.以海绵城市试点——厦门市为典型区,在日降雨数据、土地利用数据、土壤类型数据、城市绿地空间分布数据和城市建成区空间范围数据等多源数据的支撑下,系统评价了厦门市建成区城市绿地的雨洪减排效应.其中,雨洪减排效应的实物量通过SCS（Soil Conservation Service）模型进行评估,价值量则利用替代市场法进行估算.结果表明:2010年厦门市单位城市绿地削减的雨洪径流深为262.28 mm,削减的雨洪径流总量为4 385.40×104 m3,减排服务价值为2.75×108元;2015年单位城市绿地削减的雨洪径流深为335.77 mm,削减的雨洪径流总量为7 634.37×104 m3,减排服务价值为5.49×108元.城市绿地面积、降水量及其时程分配是影响城市绿地雨洪减排效应的关键因子,在其共同驱动下,2015年厦门市城市绿地的雨洪减排效应较2010年显著增加.研究显示,SCS模型在数据输入和参数率定等方面具有显著优势,能够在地理空间上连续模拟厦门市整个建成区的产流量,进而实现行政区单元和城市绿地类型单元雨洪减排效应的双重评价,3种城市绿地类型（乔木、灌木和草本）单位面积的雨洪减排效应并无明显差异,受绿地面积支配,厦门市80%的城市绿地雨洪减排效应由乔木绿地产生.      

白洋淀湿地不同时空水生植物生态需水规律研究

在对白洋淀典型水生植物的蒸腾量实地监测的基础上,确定了不同时间和空间下水生植物的蒸散系数,对白洋淀湿地基于现状和恢复目标下的植物生态需水量进行了等级划分和计算.研究结果表明,6～9月综合蒸散系数为3.21、6.24、6.02和1.86.水生植物需水量的时间分布规律为7月>8月>6月>9月,空间分布规律为陆地>水陆过渡带>水中.现状条件下,白洋淀水生植物6～9月的最小需水量分别为0.49×108m3、0.80×108m3、0.60×108m3、0.16×108m3,分别占湿地最小生态需水量的44%、56%、49%、50%(未包含湿地土壤需水量),与湿地最小生态需水量对应的最低生态水位为7.50m、7.50m、7.50m、6.30m.基于生态恢复目标,计算得到6～9月的水生植物最小生态需水量分别为0 56×108m3、0.91×108m3、0.69×108m3、0.19×108m3,为湿地最小生态需水量的30%、41%、35%、21%.对比白洋淀水生植物生态需水量的实际值和计算值发现,白洋淀水生植物的生态需水量在6～9月间分别是计算值的5.75倍、6.42倍、5.00倍和2.29倍.     

基于分布式水文模型的徒骇河河流生态需水量预测研究

流域的气候、植被和土地利用方式等变化对河流生态需水具有决定性作用.以徒骇河刘桥闸控制区域为例,定量估算了现状河流生态需水量,并以流域分布式水文模型SWAT为工具,预测了各水平年不同保证率下不同生态恢复目标的各月河流生态需水量.结果表明,现状年河流生态需水量为81.09×106m3,其中自净需水是河流生态需水的主要组成部分,因此保证徒骇河生态需水的关键是污染源的治理.拟通过减少点源排放、减少灌溉水量、减少农药化肥施用及增加干流两边的缓冲带等措施,使污染源得到进一步控制,预测2015年、2020年、2030年河流生态需水量不断减少,丰水年份河流天然径流量能满足河流生态需水要求,但枯水年份仍存在较为严重的生态缺水问题,需要对河流进行生态补水.     

湖泊生态环境需水量计算方法研究

中国北方干旱和半干旱地区湖泊面临不断干枯、萎缩和水质污染严重的局面。水资源的不合理配置和使用,造成资源性缺水和水质性缺水;维护湖泊和水库的合理水位及其水体的自净能力已经成为淡水资源科学配置和永续利用的基本保证。确定和保证湖泊生态系统必需的最小水量是解决问题的关键和前提,计算湖泊最小生态环境需水量的方法有:①水量平衡法;②换水周期法;③最小水位法;④功能法。研究结果表明:对于受损严重的湖泊,功能法无论从理论基础、计算原则和计算步骤,还是从需水量的分类和组成,都比较准确地反映了湖泊生态系统的健康现状和湖泊生态系统需水量之间的相互关系,可以为防止湖泊生态系统日益恶化的趋势和生态恢复提供技术支持。针对不同类型湖泊、生态环境特性和生态系统管理目标可以选择不同的计算方法,在确定了湖泊最小生态环境需水量和生态环境建设实施方案,北方地区湖泊生态系统将进入科学管理和生态恢复阶段。     

三江源区水源涵养功能评估

为实现三江源区水源涵养功能评估,服务区域生态服务价值估算,从水源涵养的概念出发,解析水源涵养功能的内涵特征和表征指标,提出了三江源区水源涵养功能评估技术框架,并基于SWAT模型建立三江源区水文模型,通过年尺度、月尺度和日尺度的水文模拟,完成三江源区水源涵养功能定量评估.从水文模型校准结果来看,直门达、唐乃亥和香达3个验证站日径流量最大相对误差不超过17.0%,月径流量最大相对误差不超过13.0%;日尺度模型中直门达站模拟效率系数超过了0.6,其他两个站也超过了0.5,月尺度模型中3个验证站模拟效率系数均超过0.6以上;日尺度模型和月尺度模型验证结果均可接受,在一定程度上较好地揭示出了三江源区的水量输出过程、趋势和规律.应用该模型对水源涵养功能进行定量评估,长江流域、黄河流域、澜沧江流域水资源供给量分别可达到158.8×108、326.2×108、72.6×108 m3;考虑土地利用和植被变化对流域径流输出的影响作用,植被破坏可能导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域地下径流量分别可能减少98.6×108、200.1×108和44.5×108 m3;在相同降水条件下,低植被覆盖会导致长江流域、黄河流域和澜沧江流域年最大流量的平均值、最大值、最小值分别增加了约80%、60%和30%.研究显示,三江源区在保障下游用水、提升径流调节能力和缓解防洪压力等方面具有突出的作用.      

厦门市生态系统供水服务量化与价值评估

突出的水污染问题严重影响生态系统供水服务,针对现有研究对水质影响和供水价值的评估考虑不足,尚无法将水质、供水服务及其价值与管理措施相联系,难以满足水资源和水环境管理的决策需求等问题,综合考虑水资源和水环境,建立了水质水量-供水服务-供水价值的联系,应用于厦门市生态系统供水服务评估并提出管理建议.采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型模拟水量,引入主要污染物超标当量和水质当量的概念评估水质,采用市场价值法和环境恢复成本法评估其价值.结果表明:2015年厦门市生态系统供水量为9.26×108 m3,供水价值量为14.82×108元,比2010年分别增加了1.77×108 m3和2.60×108元.2015年和2010年厦门市水质恶化导致供水价值量分别损失0.31×108和0.27×108元.厦门市供水服务具有较强的时空异质性和水体差异性,发掘潜力较大,受到总体下降的水质影响,建议从提升水源涵养能力和改善水质这两方面入手开展研究,以提升供水服务.该研究方法操作简单,评估结果易于比较和被决策者理解,但对经济发展程度的影响和水质定价考虑不足,在今后研究中应将地方经济发展程度纳入评估体系,并修正水污染处理成本.      

基于水域面积法的山区河流水电站下游生态流量定值研究

水电站的大量兴建导致下游河道萎缩退化甚至断流,如何改变水电站运行调度方式,维持下游河道一定的生态流量、保障河流健康成为国内外普遍关注的问题.本文在传统水文学方法的基础上融入生物栖息地法思想,以河流生态系统的生物多样性为功能目标,用河道流量反映河流的水文过程,河道水域面积反映河流生态系统的生物多样性,创新性地提出考虑河道水文生态特性的生态流量定值方法——水域面积法.以北江上游浈江二级支流罗坝水为例进行分析计算.计算结果表明:枯水年罗坝水生态流量为2.26 m3·s-1,占多年平均流量的25.97%;平水年生态流量分月控制,生态流量过程与建站前流量过程基本一致.根据枯水年的生态流量值和平水年各月份的生态流量值,结合水电站的运行调度规则,换算成一定时期内的径流量来确定该时期内水电站需释放的水量,进而对水电站下游河道的生态功能进行保护和修复.     

黄河流域典型湿地生态环境需水量研究

运用科克兰(Cocnran)Q检验法,将黄河流域湿地分为河道湿地型、河滨湿地型、河口型3类.基于生态水文学方法,计算了黄河流域典型湿地生态环境需水量,提出了“湿地生态环境需水量计算时应主要关注湿地消耗水量”的观点,并进一步将黄河流域湿地生态环境需水量分为最小、适宜和理想3个等级.计算结果表明,黄河流域湿地最小、适宜、理想生态环境需水量分别为2 0 .3×10 8m3、3 7.6×10 8m3和5 4.9×10 8m3;黄河流域典型湿地与河道重复量为1.9×10 8m3.研究结果显示,要维持湿地基本的生态环境功能,需每年最小向湿地分配水量2 0 .3×10 8m3.为使黄河流域湿地恢复到理想状态的需水量为5 4.9×10 8m3.     

京津冀水源涵养生态服务供体区与受体区范围的划分

京津冀水资源问题已经严重制约区域经济发展,定量分析研究区水源涵养生态服务供受关系,有助于深刻理解区域上下游之间的生态联系,促进区域生态公平,实现区域社会持续健康发展.利用降水储量法、水量平衡法及水源涵养生态服务供体区与受体区划分方法,分析2000-2010年京津冀净水源涵养量空间格局,划分研究区水源涵养生态服务供体区和受体区范围.结果表明:①冀北燕山山区净水源涵养量最高,年均值为65.24~81.35 mm,其次是冀西太行山山区,年均值为46.47~61.28 mm;净水源涵养量负值区主要分布在东部沿海和大中小城市,年均值为-130.46~-152.39 mm.②水源涵养生态服务供体区占研究区面积的41.42%,单位面积（m2,下同）平均净供水量为0.03~0.07 m3;水源涵养生态服务平衡区面积占25.01%;水源涵养生态服务受体区面积占33.57%,单位面积平均净需水量为0.18~0.41 m3,是供体区供水能力的6倍左右.③从流域来看,滦河流域的承德市为天津市、秦皇岛市及唐山市供应水资源,年均供水总量为23.7×108 m3;永定河流域的张家口市为北京市供应水资源,年均供水总量为5.3×108 m3;大清河流域的保定市为北京市及天津市西南部供应水资源,年均供水总量为8.2×108 m3;但子牙河流域和漳卫河流域供水能力严重不足.研究显示,燕山山区和太行山山区为水源涵养生态服务供体区,东部沿海和大中小城市为主要水源涵养生态服务受体区,水源涵养生态服务供体区净水源涵养能力不能满足水源涵养生态服务受体区需水量,整个研究区供受关系严重失衡.      

A holistic approach for evaluating ecological water allocation in the Yellow River Basin of China

The characteristics and sustainable management of water resources on a basin scale require that they should be managed using a holistic approach. In this study, a holistic methodology called the holistic approach in a basin scale (HABS) is proposed to determine the ecological water requirements of a whole basin. There are three principles in HABS. First, ecological water requirements in a basin scale indicate not only the coupling of hydrological and ecological systems, but also the exchange of matter and energy between each ecological type through all kinds of physical geography processes. Second, ecological water requirements can be divided into different types according to their functions, and water requirements of different types are compatible. Third, ecological water requirements are related to a multiple system including water quality, water quantity, and time and space, which interact with each other. The holistic approach in a basin scale was then used in the Yellow River Basin and it suggested that 265.0 × 10⁸ m³ of water, 45% of the total surface water resources, should be allocated to ecological systems, such as rivers, lakes, wetlands and cities, to sustain its function and health. The ecological water requirements of inside river systems and outside river systems were respectively 261.0 × 10⁸ and 3.65 × 10⁸ m³.     

Natural ecological water demand in the lower Heihe River

The ecological environment in the lower Heihe River has been deteriorating due to large water consumption in the upper and middle reaches, and less available water downstream. To restore the ecological environment in the lower Heihe River, the ecological water demand should be guaranteed. The natural vegetation area in the lower Heihe River was first obtained through the interpretation of remote sensing images taken in 1998. Based on the analysis for the Quota of the natural ecological water demand in the lower Heihe River and the determination of the natural ecological water demand calculation method, the ecological water demand in the lower Heihe River was calculated. Finally, the natural ecological water demand in the lower Heihe River under the current situation was calculated with the groundwater storage volume change method, Aweliyongrufe method and the measured water volume method. In comparison, the natural ecological water demand in the lower Heihe River is 3.91−4.05 × 10⁸ m³.     

吉林西部农田生态系统氮平衡及其水环境影响研究

针对吉林省西部地区农田生态系统特点,以1997—2011年统计数据为基础,建立了基于物质守恒原理的氮平衡模型,估算了该地区农田生态系统的氮收支情况,并分析了其对水环境的影响.结果表明:近15年该区氮输入量平均值为56.98×104t·a-1,其中化肥输入氮占总氮的79.59%;氮输出量平均值为42.60×104t·a-1,以作物收获输出为主;氮平衡量变化范围为10.17×104~21.91×104t·a-1,均值为14.38×104t·a-1;氮平衡模型的各项呈增长趋势,受农业生产情况差异的影响,年际间时序变化较大,县市间空间分布差异明显.吉林西部农田生态系统氮平衡表现为盈余状态,氮素的盈余主要受氮肥施用和作物收获影响,农田生态系统氮素的持续盈余并累积对水环境构成一定程度的威胁,借助该区水环境监测数据进行综合分析,受盈余氮素的影响,该区地表水和地下水水质均体现出不同程度的氮超标.     

黄河河口地区生态供水效益分析

流域生态需水是指流域生态系统为维持一定程度的生态系统健康所需要一定质量的水量,以保证流域生态系统结构和生态功能等为目标,实现流域生态系统健康。流域生态需水量的研究对于社会经济的可持续发展具有重要的战略意义。论文针对南水北调西线一期工程的供水规划,在提出配水效益计算方法的基础上,针对不同的配水量,计算了黄河河口地区的生态需水量、生态效益以及供水对减少断流所带来的生态效益,并进行了方案比较分析。主要结论是:当来水量分别为55×10⁸、122.8×10⁸或240×10⁸m³时,产生的湿地综合生态效益则为34.85×10⁸、47.18×10⁸或54.72×10⁸元。     

Environmental flows and its evaluation of restoration effect based on LEDESS model in Yellow River Delta wetlands

Due to freshwater supplement scarcity and heavy human activities, the fresh water wetland ecosystem in Yellow River Delta is facing disintegrated deterioration, and it is seriously affecting the health of the Yellow River ecosystem. This paper identifies the restoration objectives of wetland aiming to protect ecological and economic values and development as well as the water resources of the Yellow River. The hydraulic and groundwater coupling model and Landscape Ecological Decision and Evaluation Support System (LEDESS) of the Yellow River Delta were established to calculate environmental flows of degraded wetlands. LEDESS is a computer-based model developed and used to assess and evaluate the effects of land-use changes on nature. In this study, LEDESS is used to assess and evaluate the ecological effects and the restoration possibilities considering several environmental flows’ supplement scenarios. This included the changes of suitable habitat conditions and its ecological carrying capacities for indicator species, e.g., Red-crowned crane (Grus japonensis), Oriental stork (Ciconia boyciana), and Saunder’s gull (Larus relictus), and changing of ecological patterns. The results showed that replenishing fresh water to wetlands is one of the effective adaptive measures to mitigate wetland degradation and improve its habitat quality and carrying capacities. This study indicated that landscape ecology approach is not only considered as a good way to solve complex problems in ecosystem management but also can be used to decide on the environmental flows and assess its ecological effects in large-scale wetland rehabilitation. This integrated method could make environmental flows estimated and assessment more rational than the results of hydrologic methods. It could assist decision makers to “see” the ecological effects after water supplementing and so alleviate the contradictions between environmental flows and production water demands, and can facilitate the implementation of environmental flows in most countries with water resources shortage.