不同土地利用/覆盖情景下东北沟流域植被生态需水量及其对产流影响

针对京津水源区上游生态环境建设需水与向下游多输水的矛盾现实,基于气象、土壤、土地利用/覆盖(1990年和2009年)数据,应用Penman-Monteith公式估算潜在蒸散量,再用土壤和植被信息对其进行修正,计算了水源区东北沟流域1990年、2009年及其他5种不同土地利用/覆盖情景下的最小生态需水量和适宜生态需水量。结果表明:2005-2009年4-10月潜在蒸散量是715.04 mm;2009年流域植被适宜生态需水量是399.42 mm,最小生态需水量是339.68 mm,比1990年的适宜和最小量分别多122.5 mm、144.5 mm;平水年的降雨均可满足各种情景生态需水要求,其中需水量较大的是情景Ⅲ(草地转化为林地),其适宜需水量达784.69×10⁴ m³,情景Ⅱ(林地转化为草地)的需水量最小,适宜需水量是687.27×10⁴ m³,该情景较适合向下游输水为目的的生态建设,但该情景实施的前提是建立下游向上游的生态补偿机制。     

皇甫川丘陵沟壑区小流域生态用水实验研究

一个强烈水土流失小流域(准格尔五分地沟),经过20多年水土保持植被建设,乔灌草人工植被镶嵌分布,覆盖率达80%,在有效遏制水土流失的同时,也消耗相当量的水资源---生态用水。2002年生长季节,采用实验研究方法,测定了该小流域各不同类型植被蒸散量、各不同类型土壤贮水量及降水量等,计算出该小流域四大类型植被生态用水(按大小顺序):①农田为5321.3m³/hm²;②乔木林为4654.8m³/hm²;③灌木林为4047.8m³/hm²;④草原为3244.3m³/hm²。估算出全小流域生态用水量:①各类植被生态用水量约150×10⁴m³;②水库湿地生态用水量约26×10⁴m³;③居民点生态用水量约4000m³。三项合计,即五分地沟小流域总生态用水量约176×10⁴m³。值得重视的问题是:该小流域植被生态用水量和总生态用水量均超出同期降水量(130×10⁴m³)达20×10⁴～40×10⁴m³。这意味着土壤贮水量耗减20～30mm。因此,在生态环境建设中,构建适宜的植被模式,调控生态用水量,将对维持生态系统稳定及其环境改善起重要作用。     

流域水资源保护补偿博弈分析及蚁群算法解

协调好流域上下游间的收益问题,使上下游和谐发展,实现全流域收益最优,是目前我国流域水资源保护补偿研究和实践中的重点。论文从博弈论的角度研究流域水资源保护补偿中上下游间的行为和收益问题,建立了行政调节的流域水资源保护补偿博弈模型,利用蚁群算法实现模型最优求解。将该模型应用于晋江流域,结果表明：当上游的安溪县、德化县、永春县以及南安市（上游部分）提供给下游的水量分别为0.87×10⁸、0.75×10⁸、0.85×10⁸和0.76×10⁸ m³时,分别可获得0.925×10⁸、0.673×10⁸、0.949×10⁸和1.019×10⁸元的经济补偿,同时下游地区获得48.765×10⁸元的效益,此时流域总收益最大。上游地区合理供水可大幅提升全流域的收益,下游给上游合理补偿能够协调上下游关系,促进上下游的和谐发展。     

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。     

三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响

依据实测原型水文序列,在辨析三峡水库运行与四水流域水利工程运行对江湖水文关系演变特征影响的基础上,重点剖析了三峡水库运行对洞庭湖北部地区水资源开发利用的影响。结果表明:①在江湖水文关系演变过程中,三峡水库运行对洞庭湖水情演变的影响要大于四水水利工程运行的影响;②洞庭湖区水资源比三峡水库运行前(1951—2002年)类似来水情景下减少了185.60×10⁸ m³;③三峡水库蓄水调度运行期,枯水年、丰水年9月15日至10月31日荆南三口入湖平均径流依次减少67.99×10⁸、23.14×10⁸ m³,补水运行期枯水年、丰水年1—3月三口入湖平均径流依次减少4.93×10⁸、11.51×10⁸ m³;④三峡水库运行对洞庭湖区水资源开发利用影响的地区是澧县、安乡县、沅江市、南县、华容县等县市,影响时间为每年10—12月或1—3月,影响的后果是因季节性和工程性缺水造成该区平均每年经济损失约57 359×10⁴元。     

中国能源产业的现状需水估算与趋势分析

论文研究了我国能源产业的用水现状和各类能源产出的发展趋势,并评估预测了2012、2020、2030年我国能源产业的需水情况。分析表明：2020、2030年我国能源产业需水总量将分别达到655×10⁸ 和677×10⁸ m³,比2012年有所增加,但增量不超过20%。火力发电仍为能源产业中用水量最大的行业,风力发电、核力发电、太阳能发电在高速发展进程中并未大规模用水。页岩气开采需水不多,但开采初期的大量用水在缺水地区会造成用水紧张。能源作物种植需水量将大幅增加,2012—2020、2020—2030年其需水增长量分别为30×10⁸和18×10⁸ m³,是造成未来能源产业需水增长的主要因素之一。     

水资源利用对敦煌市生态环境演变的影响分析

基于遥感数据的解译分析,从1987年到2007年敦煌市自然植被面积下降543.69 km²,自然生态系统面积缩小17.62%,土地荒漠化趋势明显。根据实际测定的样方生物量与对应的土地利用类型面积拟合曲线,估算这一时期自然植被的生物量从102.42×10⁴ t下降到72.33×10⁴ t。敦煌市自然植被和人类活动的用水量此消彼长,总用水规模在6.3×10⁸ m³左右。自然植被用水量从1987年的3.072 7×10⁸ m³减少到2007年的2.17×10⁸ m³,净减少达30%。人类活动用水量从1987年的3.315 7×10⁸ m³增加到2007年的4.093×10⁸ m³。疏勒河干流及其支流党河都因为人类活动用水大量增加,挤占了自然植被的用水。特别是农业灌溉占用了绝大部分水资源,成为敦煌生态环境退化的主要原因。恢复和保护敦煌的生态问题,不仅需要调控党河流域的人类活动,也要调控疏勒河干流地区的人类活动。     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

孔雀河流域天然植被生态需水量估算

生态需水量的正确估算是实现流域水资源科学管理、合理配置的关键前提。本文综合多种方法计算了孔雀河流域天然植被不同保育目标和保护范围下的生态需水量。结果表明:若要保护流域内的所有天然植被,每年需要最低生态需水量为4.10×10~8m~3,其中林地需水0.4×10~8m~3,草地需水3.7×10~8m~3;若仅保护重点保护区内的天然植被,则每年需生态需水量为1.91×10~8m~3,其中林地需水量0.37×10~8m~3,草地需水量1.54×10~8m~3;若实施生态输水抢救工程,以保护"抢救"保护范围的天然植被,则每年需生态输水量为1.32×10~8m~3,其中良好林地需水0.18×10~8m~3,良好草地需水1.14×10~8m~3。     

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.     

我国需水总量零增长问题研究

一个国家需水总量零增长问题,是其水资源长期供求预测的重要内容,也是水资源需求量管理工作的重要组成部分,具有前瞻性和战略性的重要意义。研究通过分析国内外经济发达国家和地区的第三产业在三次产业结构中的比例与总需水量的关系,采用"产业结构分析法"探讨我国需水总量零增长可能出现的时期和需水总量的最大值。据此法分析,一个国家或地区的第三产业GDP占三次产业总量的比重达到60%左右时,其总需水量可能达到零增长(或负增长)。我国到2026-2030年左右全国需水量可能进入零增长期,需求量最大值将达到6 300×10⁸ m³左右。     

引汉济渭调水工程水资源配置研究

为解决关中地区水资源短缺问题,陕西省规划实施南水北调引汉济渭调水工程。在分析调水工程受水区用户、供水系统的基础上,构建了水资源配置网络图,并建立了该系统的水资源配置仿真模型,确定了配置原则。结合调水工程,设定了7种方案,通过长系列计算,得出了各方案的水资源利用情况。2020水平年,调水15.5×10⁸ m³后可增加供水10.69×10⁸ m³,占需水量的38.76%;调水15.5×10⁸ m³与调水10.0×10⁸ m³相比,工业供水保证率提高32.75%。计算结果表明,实施调水工程后可有效缓解受水区水资源短缺,调水量在保证城市用水、改善渭河河道生态环境方面发挥着主要作用。     

基于生态目标的河道生态环境需水量计算

以生态目标的确定为基础,通过建立目标参数与径流间的关系计算得到河道生态环境需水量.其中生态目标由关键期生态目标和时间变化目标2部分组成.考虑不同功能生态环境需水量间的兼容性,以最高等级为标准确定关键期生态目标.采用河道多年平均天然径流量年内时间变化率作为生态环境需水量时间变化目标.海河流域永定河官厅水库下游河道计算中,以生态、生产需水矛盾最突出的4月生物繁殖初始时期对流速的要求作为关键期生态目标,根据河道断面实测资料确定目标参数与径流间的关系.计算结果表明,最小、适宜以及理想等级年度生态环境需水量分别为1.56×10⁸m³,5.97×10⁸m³和11.02×10⁸m³,分别占河道天然径流量的7.19%,27.51%和50.78%,年内汛期8月及春季生物繁殖期(4月～6月)需水量需分别达到年度总量的20%.     

基于景观格局的干旱内陆河流域生态风险分析——以石羊河流域为例

合理评估流域生态风险,对于优化流域景观格局、建立流域生态风险预警机制、降低流域生态环境风险、维护流域生态功能具有十分重要的意义。文章以干旱内陆河典型流域为研究对象,以三期遥感数据为基础,构建生态风险指数,结合ArcGIS的空间分析功能,对流域生态风险的时空特征进行分析,结果表明：1987-2010 年,流域景观发生较大了变化,草地面积减少12.73×10⁴ hm²,未利用地面积增加15.59×10⁴ hm²;将生态风险划分为5 个等级,其中低生态风险区向流域上游不断迁移,面积减少31.89×10⁴ hm²,较低生态风险区向上游和中游不断延伸,面积增加29.30×10⁴ hm²,高生态风险区向下游不断扩展,面积增加58.69×10⁴hm²;流域生态风险转换方式共有7 种,低向高等级转化的总面积为122.56×10⁴ hm²,高向低等级转化的总面积为6.12×10⁴ hm²,生态风险呈增高趋势。     

中国亚热带重要树种植硅体碳封存潜力估测

研究选取中国亚热带阔叶林、针叶林、竹林等3 种森林类型中常见的7 个树种,通过微波消解法提取其植硅体,并对其植硅体中碳含量进行测定,计算植硅体产量并估测碳封存量,结果表明:① 7个树种叶子植硅体碳占干物质含量分别为毛竹3.31±0.53 g·kg^-1、杉木0.30±0.06 g·kg^-1、马尾松0.40±0.11 g·kg^-1、苦槠0.19±0.04 g·kg^-1、青冈0.88±0.09 g·kg^-1、木荷0.49±0.18 g·kg^-1、枫香1.12±0.33 g·kg^-1;② 相关分析表明,硅与植硅体含量(P<0.05,R²=0.989 7)、植硅体与植硅体碳占物质含量(P<0.05,R²=0.881 6)、植硅体碳与植硅体碳占干物质含量(P<0.05,R²=0.354 4)之间的相关性达显著水平.③ 毛竹的植硅体碳封存速率最高,若以最高植硅体碳封存速率0.050 6t- e-CO₂·hm^-2·a^-1计算,面积为3.87×10⁶ hm²的毛竹林每年可封存约1.96×10⁵ t CO₂;④ 杉木、马尾松的植硅体碳封存速率分别为0.005 6 和0.010 8 t-e-CO₂ ·hm^-2 ·a^-1,面积分别为1.13×10⁷、1.20×10⁷ hm²的杉木林、马尾松林每年可封存约6.33×10⁴、1.30×10⁵ t CO₂;⑤ 阔叶林植硅体碳封存速率介于0.000 5~0.019 3 t-e-CO₂·hm^-2·a^-1之间,面积为2.49×10⁷ hm²的阔叶林每年可封存1.25×10⁴~48.15×10⁴ t CO₂.     

河口生态环境需水量计算方法研究

提出了河口生态环境需水量的计算方法.计算中考虑了水循环消耗、生物循环消耗、生物栖息地等不同类型需水及其随时间的变化,根据“加和性”和“最大值”原则计算了河口生态环境需水年度总量,以保持河口径流自然状态为目标确定了生态环境需水量年内随时间的变化率.根据“生态环境需水量阈值性”的要求,将计算结果划分为最低、适宜和高3个等级.对海河流域主要河口的计算结果表明,海河口、滦河口和漳卫新河口最低等级生态环境需水量分别为5 97×10 8m3、6 81×10 8m3和4 96×10 8m3.河口径流量的减少将首先影响泥沙的输运,进而改变河口生态系统的盐度平衡     

弥河沉积物的反硝化和厌氧氨氧化过程

本研究选取弥河4个站点为研究对象,在不同季节分别采集沉积物样品,测定理化指标,并采用同位素配对技术和分子生物学方法,研究了沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化作用及其影响因素.结果表明,弥河沉积物中的反硝化速率变化范围为151.75~2847.86μmol/（m²×h）,厌氧氨氧化速率的变化范围为149.57~2109.17μmol/（m²×h）,厌氧氨氧化在氮去除中的贡献量平均达到56.1%.沉积物中的反硝化细菌以nirK型为主,丰度为0.19×10⁶~5.12×10⁶个/g,主要是α-和β-变形菌门;厌氧氨氧化细菌以hzsA为标记基因的丰度范围是2.58×10²~1.14×10⁴个/g,主要为浮霉菌门的Brocadia属细菌.反硝化速率与沉积物中的TN含量和间隙水PO₄^3-呈正相关关系,厌氧氨氧化作用与沉积物中的TN含量呈正相关,而与沉积物密度呈负相关关系,沉积物的理化指标是决定氮去除速率的主要环境条件.弥河的反硝化和厌氧氨氧化作用明显,对减轻氮超标具有重要意义,合理改变沉积环境是有效提高氮去除速率的可参考方式.     

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.     

基于水经济价值的长江口环境流量探讨

适宜的环境流量对于维持河口生态系统稳定以及保障区域社会经济用水需求有着重要意义。论文以探讨水资源优化配置条件下长江口适宜环境流量为目的,基于水经济价值分析构建了长江中下游水资源优化配置模型,分析了区域缺水量以及环境流量约束的影子成本随长江口环境流量约束的变化。结果表明：当环境流量约束超过临界值后,区域缺水量不断增加,且环境流量约束产生非零影子成本;通过区域供水目标和环境流量约束的影子成本图确定长江口适宜环境流量的上限和下限,得到20%、50%、75%及95%水资源保证率下,长江口适宜环境流量分别为27.10×10⁹~29.65×10⁹、25.50×10⁹~27.12×10⁹、23.08×10⁹~24.62×10⁹及17.72×10⁹~19.65×10⁹ m³/月;该环境流量标准可以满足一定目标下长江口的生态需求。     

水土保持生态补偿定量计算探究 ——以潘家口库区东北沟流域为例

水土保持生态补偿对于我国的水土流失治理意义重大,水土保持补偿标准的确定是建立生态补偿机制的核心问题。基于潘家口水库上游东北沟流域1990年和2009年土地利用数据和气候、 土壤、 植被、 DEM及农户调查等数据,应用通用土壤侵蚀方程模型(RUSLE)计算该流域采取预防水土流失措施后的土壤侵蚀减少量,在此基础上采用环境经济学的方法核算水土保持生态功能的提供方和受益方两个主体的成本和收益,并构建了水土保持生态补偿标准计算模型,实现了水土保持生态补偿标准定量计算。结果显示:流域生态系统的年土壤保持量为6.49×10⁴ t·a^-1;水土保持服务提供方损失为24.48×10⁴元,所得收益来自减少土地损失和肥力损失的价值共计44.21×10⁴元;水土保持服务受益方主要指下游潘家口水库所得收益来自减少泥沙淤积和减少富营养化共计84.88×10⁴元;流域所得的补偿介于24.48×10⁴元(222.55元/人)到46.90×10⁴元(426.36元/人)之间。