基于生态功能考虑的西北干旱地区生态需水研究

在当前生态需水研究的基础上,选取植被盖度作为衡量绿洲生态功能的主要指标,根据植被盖度和侵蚀率之间的关系,从生态系统的需水机理出发,提出了基于生态功能考虑的西北干旱地区生态需水量计算方法.以额济纳绿洲为例,计算了2000年额济纳绿洲生态需水,并与额济纳绿洲不同时期的生态需水进行了对比分析.     

河道生态及环境需水理论探讨

针对地表水开发利用过程中存在的主要问题,从理论上对河道生态、环境需水进行探讨,包括:①在分析已有生态及环境需水概念的基础上,界定了生态及环境需水的定义;②对河道生态及环境需水进行了重点分析和论述。首先,回顾了与河道生态及环境需水研究有关的概念;其次,根据河道水量平衡探讨河道生态及环境需水的机理及其组成;第三,根据人类对地表水的影响强度,将水资源开发利用划分为4个阶段,论述了每个阶段河流生态系统的特点,并分析了河流流量减少所造成的对整个河流生态系统的影响;最后,给出了河道生态及环境需水的概念。论文为河道生态及环境需水研究提供了理论基础和依据。     

山西省永定河流域林草植被生态需水研究

以山西永定河流域及周边17 个气象站点1957—2000 年的气象资料为依据,在GIS支持下,从时空角度定量分析了山西永定河流域林草植被生态需水及其在不同植被类型、流域不同地区及植被生长期内的分配。研究结果表明: 山西永定河流域植被建设最小生态需水量为1 628.5×10⁶ m³,对应的盈余水量为653.5×10⁶ m³,适宜生态需水量为2 709.5×10⁶ m³,对应的生态缺水量为427.5×10⁶ m³;降雨总体上能满足相应面积草、灌、乔植被生长期最小生态需水及草地适宜生态需水,基本满足灌木植被的适宜生态需水,不能满足乔木植被适宜生态需水;生态缺水较多的区域主要是大同、怀仁和左云等地,缺水时段集中在4—6 月。关键词:生态需水;林草植被;GIS;山西永定河流域     

中国西北地区生态需水研究(2)——基于遥感和地理信息系统技术的区域生态需水计算及分析

在西北干旱、半干旱地区,随着人口增长和经济发展,国民经济需水与生态环境需水成为水资源开发利用和生态环境保护的主要矛盾。因此,合理量化生态环境需水是西北水资源优化配置亟待解决的问题。论文着重研究两方面的内容:一是基于植被生长需水的区域分异规律,采用遥感和地理信息系统技术实现生态的空间分区,以生态分区和流域水平衡为基础量化生态需水;二是基于可持续发展的生态模式,确定生态保护目标和生态建设规模,并预测生态需水。     

从水量与水质相结合的角度认识生态需水

基于自然与社会水循环,论述了生态需水的内涵,指出理想生态需水与现实生态需水的区别,揭示当前水资源配置中的不足,提出并论证了涉及生态需水的水资源配置,必须综合考虑生态需水的"质"与"量"的观点,指出:只有生态需水同时满足生态系统对水的"质"与"量"的要求,才能实现恢复与改善生态环境的真正意义.     

关于生态用水研究的讨论

十几年生态用水研究进展,其概念从自然地理平衡说法到生态系统稳定说法,至今未明确统一。按生态用水概念的内涵,将生态、环境、生态环境与用水、需水、耗水6个词的多样组合归纳为生态需水和生态用水两个词。地带性植被生态用水是生态用水研究的基础,可为生态保护和植被建设提供依据和目标。建议生态用水概念定义为:维持各类生态系统正常发育与相对稳定所必需消耗和现存的水称为生态用水。     

黄河流域城市绿地生态需水时空特征分析

界定了城市绿地生态需水和生态灌溉需水的内涵与特征,构建了城市绿地生态需水和生态灌溉需水的计算模型,对黄河流域45个地级以上城市的绿地生态需水与生态灌溉需水进行计算与分析.研究结果表明:①黄河流域城市绿地年生态需水量为44 749.7×104m3,年生态灌溉需水量为22 783.5×104m3.约占2000年黄河流域城市市区供水总量的4.85%.其中90.2%的生态灌溉需水集中在绿地植物的生长期(4～10月份);②植物需水和生态灌溉需水表现出不同的月变化趋势和空间分异规律.月生态灌溉需水的计算结果为黄河流域城市绿地生态用水的合理配置提供了科学依据.     

结合生态需水的黄河水资源水质水量联合评价

在分析河水满足人类用水和河道生态功能需水双重功能的前提下,提出了河水生态功能强度的概念,以及结合生态需水的流域水资源数量与质量联合评价的方法.根据黄河流域1997-1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,结合生态需水对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价.结果表明,河水生态功能强度的时空分布不均,这与水量和水质的时空分布相关.在1997、1998和1999年,黄河总可利用水资源量分别为371.17×108、425.50×108和500.64×10 m3,其中具备河道生态功能的水资源量分别为129.51×108、151.51×108和205.88×108m3,远远小于维持河道生态系统健康所需的水资源量230.60×108m3,导致了黄河断流和其它生态环境问题的出现.     

大渡河上游干旱河谷区生态需水研究

为了预测南水北调西线一期工程实施对下游干旱河谷演变的影响,开展了对泸定县城以上大渡河流域干旱河谷区生态需水的研究,结果表明:①干旱河谷生态需水量为能够维系干旱河谷生态功能的基本环境目标、恢复干旱河谷生态景观的生态系统所需求的水量;②研究区干旱河谷总面积1185.00km₂,其中干暖河谷250.11km₂,干温河谷934.89km₂;③考虑输沙需水时,维持研究区干旱河谷的最小生态需水量为156.3×108m3,其中干暖河谷最小为58.8×108m3,干温河谷最小为97.4×108m3,不考虑输沙需水时,最小生态需水量仅为58.3×108m3;④河道外需水量占总生态需水量的5.7%;⑤考虑输沙需水时,研究区干旱河谷的最小生态需水量占总地表水量的68.84%,不考虑输沙需水时其只占总地表水量的25.68%,对生态脆弱区生态需水进行计算时需考虑输沙需水。     

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.      

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果，并结合国内同行在森林水文方面的研究成果，就干旱地区森林对流域年总径流量、洪峰流量、枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明，在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加，流域年总径流量减少；森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量；森林植被覆盖率越高，枯水径流量随之增加；森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果，初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性，森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。     

不同降雨特征下缓冲带水分及TN分配规律

以3种典型植被缓冲带为研究对象,基于现场监测、质量平衡、相关分析等方法,探明缓冲带水分分配与降雨、土壤因子的关联性,确定水分及总氮(TN)污染负荷去除分配系数.结果表明,径流与降雨量呈高度正相关(0.980~0.987,P<0.01),渗流与降雨量、降雨历时呈显著正相关(0.595~0.828,P<0.01).植被缓冲带在14.3mm以下降雨不产流,中雨、大雨、暴雨平均产流系数为0.10、0.36和0.72,TN负荷平均截留系数分别为11.0、8.2和4.5mg/(m²·mm),径流及TN负荷去除效果随雨量增大而降低.中大雨、暴雨下植被缓冲带水分分配分别以土壤渗透(0.48~0.71)、末端出流(0.69~0.74)为主,TN负荷去除以土壤渗透为主(中雨56%、大雨44%、暴雨20%).茎叶覆盖地表、根系细密发达的植被去除效果更好,其中百慕大缓冲带对水分、白花三叶草缓冲带对TN负荷的去除效果最优,分别达60%和61%.即使在高地下水位的平原河网地区,缓冲带对径流与TN负荷削减仍发挥重要作用,特别是在50mm以下降雨发生频率较高的区域.研究结果为降雨、植被多因素影响下的径流污染削减差异化评估提供数据支撑,为不同降雨特征下缓冲带径流污染控制提供重要的参考价值.     

新安江上游流域径流变化特征与归因分析

开展变化环境下新安江上游流域径流变化及其归因的研究,有助于理解湿润区水循环过程对气候变化和人类活动的响应机制。利用实测径流、气象资料和遥感植被指数（NDVI）数据,基于布迪克假设框架的弹性系数法,分析了新安江上游降水、潜在蒸散发（ET₀）和植被变化对径流的影响。结果表明：（1）实测径流序列转折点发生在1999年左右。2000-2015年径流深较1983-1999年下降了281 mm,相对变化率为20.8%,且21世纪初期径流下降尤为显著。（2）2000-2015年下垫面参数n较1983-1999年增加了52.5%,植被变化对径流影响显著增强。径流对气候变化更加敏感,且对降水敏感性超过潜在蒸散发。（3）气候变化是径流变化的主导因素,其次为植被变化。气候变化和植被变化分别导致径流深下降了145.37 mm和140.96 mm,贡献率分别为50.77%和49.23%。NDVI在2000年后增加显著（P<0.001）,植被变化的水文效应超过了降水和潜在蒸散发,未来长期的植被生态水文效应研究仍需进一步加强。     

北京山区植被恢复建设对流域径流量影响研究

植被恢复是山区保持水土资源、恢复生态环境的关键措施、为探究植被恢复对流域产水量的影响,以密云水库集水区红门川森林流域为研究对象,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、基于分离评判原理的水文分析法、Zhang(2001)模型等方法,定量分析了1989-2009年间北京山区气候及森林变化对流域径流量的影响研究结果表明:红门川流域年降水及产流性降水量在研究时段内均呈波动下降趋势(P0.05);流域年径流呈显著性减少趋势,且年径流量在1998年前后发生减少突变(P0.01);气候变化对红门川流域径流减少贡献率为43%,植被恢复建设导致的森林数量及质量变化对流域径流减少贡献率为18.6%,其他人类活动影响贡献率为38.4%.综合比较得知,与植被恢复建设相比,降水减少对山区产水量减少影响更大研究结果可为北京山区森林流域水土资源规划及管理提供参考.     

森林植被变化对水文过程和径流的影响效应

森林植被变化对水分分配和河川径流具有调节作用。对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：森林砍伐或火灾引起森林覆盖度下降会导致林冠截留率、凋落物对降水截留能力和蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力降低。不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但比较一致的结论是：除长江中上游外，森林砍伐会降低植被层的蒸发散，增加河川径流；反之，会减少河川径流量。森林火灾会导致林木蒸发散减少，河川径流增加。     

基于MODIS的长江源植被NPP时空变化特征及其水文效应

植被净初级生产力是反映植被生态系统对气候变化响应的重要指标。基于2000—2010年MODIS NPP数据,结合同期年径流、气温、降水数据,运用趋势分析法、相关分析法以及径流过程指标法等方法,研究了长江源区2000—2010年植被a NPP的时空变化特征及其水文效应。研究结果表明:1)近11 a来,长江源区植被a NPP呈增加的趋势,增加趋势不显著,线性增长率为48.22 g C/m2;在水热条件的影响下,植被a NPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。2)不同植被类型的a NPP增长趋势不同,其中针叶林、灌丛、高寒草甸和高寒草原的a NPP增长率分别为3.03、2.68、1.43和0.85 g C/(m2·a)。3)植被a NPP与6—9月的气温、5—8月的降水量呈显著相关。4)径流系数和水源涵养指数的增大进一步验证植被a NPP的增加趋势,并对源区的水资源量产生有利影响。     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度(5°、10°、15°、20°)和植被盖度(0、15%、30%)条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明:不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响(P0.001),植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响(P0.001),而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响(P0.01),同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.     

某校区路面径流污染特性和控制措施的研究

以某校区的水体（A水库、B湖）为受纳水体,对降雨产生的路面径流及A水库和B湖水体进行采样,水质分析项目分别为pH、COD（化学需氧量）、SS（悬浮物）、TN（总氮）、TP（总磷）。以COD、SS作为主要的水质分析项目进行比较分析,确定路面降雨径流污染的主要特征,径流污染对校园水库、湖泊水质的影响。经过比较分析,提出采用植被控制法作为该校区路面径流污染控制措施对受纳水体进行保护。