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。     

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.     

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。     

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。     

从可持续发展角度来探讨生态需水和生态用水

中国可持续发展水资源战略研究综合报告指出,中国水资源的总体战略,妊须以水资源的可持续性利用来支持中国社会经济的可持续发展。这一目标的实现,有赖于合理地确定生态环境需水量。生态用水配置得到满足的情况下,才能实现水资源的合理配置,保证社会系统和生态系统的协调发展。     

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     

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.     

闸坝河流河道内生态需水研究——以淮河为例

提出了一种估算闸坝下游河道内生态需水的方法--改进的生态水力半径法（AdaptedEcologicalHydraulicRadiusApproach,AEHRA）,该法能够同时计算输出相应河段的生态水位,方便对闸坝进行调度。将其应用到淮河,以鱼类作为生态保护目标,估算了上、中、下游共4个典型闸坝下游河段的生态需水和生态水位,结果表明:①鱼类产卵期内需要较大的生态流量,其顺序为:蚌埠>周口>颍上>白龟山,下游大于上游,中游居中,受断面影响显著;非产卵期则为:周口>颍上>蚌埠>白龟山,中游大于上下游,受河流鱼种影响较大。周口闸下河段全年各月生态需水量相同,需加强上游闸坝的联合调度满足冬季12~-月的生态需水;②要维持河道内生态流量,需进行闸坝调度调整下游水位,保证生态水位;③淮河受人类活动影响剧烈,河流的连续性被切断,生态需水变化没有连续性,只有根据最小生态水位通过闸坝调度,维持河道生态系统最小生态需水,才能逐步恢复淮河健康生态。     

考虑生态需水的上海市青浦区水资源供需平衡分析

在上海市青浦区水资源和水环境现状评价的基础上，选择青浦区适合的生态需水计算方法计算青浦区生态需水，进行3个水平年的水资源供需平衡分析。结果表明，上海市青浦区存在水质型缺水。基于评价结果，提出加强污水处理基础设施建设、污染防治及节水社会体系建设等水资源可持续利用的对策。     

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.     

城市水生态足迹研究——以北京市为例

以"水"为要素评价城市资源利用的可持续性,并以水资源短缺的北京市为案例城市进行剖析.探讨了城市水生态足迹的内涵和4种典型城市水生态足迹的发展轨迹,提出了基于城市生态需水量的水生态足迹的核算方法.对案例城市北京的研究结果表明:(1)北京城市河湖多年平均生态需水量为10.45×108m3,地下水多年平均生态需水量为26.34×108m3;(2)北京市多年平均的水生态足迹为1.42.以上结果表明北京的水资源利用是不可持续的.     

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。     

基于水量平衡的流域生态耗水量计算——以海河为例

论文提出一个基于水量平衡的流域生态耗水量的计算方法。以海河流域为例,利用流域多年年降雨、入海水量、引黄水量、地下水超采水量、工业用水量、农业用水量、生活用水量、工业废污水排放量和生活污水排放量等资料,得出1956～1998年流域生态耗水量的多年变化。计算结果显示,虽然流域在1956～1998年的43年间环境发生明显变化,然而流域生态耗水总量没有呈明显的上升或下降趋势。最后通过对比研究,给出了论文提出的算法与基于当地水资源的算法结果的物理解释。     

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.     

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.     

陕北红碱淖湖泊变化和生态需水初步研究

红碱淖位于陕北风沙区,是我国沙漠中最大的淡水湖,对当地生态环境保护具有重要作用。论文通过对陕北红碱淖湖泊的考察和调研,调查分析了湖泊近年来的变化趋势和流域的生态环境现状。在流域水资源开发利用分析和耗水计算基础上,初步定量评价了湖泊变化的主要影响因素。计算结果表明,红碱淖近年的萎缩主要是由于当地气候持续干旱的影响,目前该湖泊仍处于负均衡状态。根据湖泊对于当地生态环境的重要性,确定了湖泊保护的最小目标和适宜目标,根据水量平衡计算,确定了最小和适宜的生态需水量。通过对流域社会经济用水和生态建设用水研究,提出了湖泊保护的对策建议。     

景观水体的生态净化与水质维护工艺应用研究

依托实际景观水体水质维护的生态净化工程,研究充氧、过滤等物化技术以及水生植物塘、生态氧化塘、表流湿地等生态技术对景观水体的水质净化与维护作用,对比不同生态净化工艺流程的特点,评价各工艺单元对主要污染物的净化效果。结果表明:曝气/过滤、水生植物塘、生态氧化塘及表流湿地等单元均有较明显的水质净化效果,其中曝气/过滤单元的浊度去除效果最好,表流湿地、生态氧化塘及水生植物塘单元的有机物及营养物质去除效果更佳;季节和水温对净化效能有显著影响。不同生态净化工艺流程的对比结果表明,曝气/过滤-水生植物塘-表流湿地工艺流程的浊度去除效果更佳,曝气/过滤-生态氧化塘-表流湿地工艺流程的有机物及营养物质的削减作用更好。在稳定运行期间,2种生态净化工艺流程的浊度、COD_Mn、叶绿素a、TN、TP平均去除率分别为43.14%和35.45%、24.77%和27.77%、17.72%和24.06%、29.94%和36.65%、22.63%和33.60%。     

Designing principles of an ecological water storage basin on coastal saline: a case study

The degradation of water source environment becomes serious problems accompanying with rapid urbanization in China.Ecological engineering provides ecologically sound and cost-effective solution to solving this problem. As a case study, a 15 hm^2 ecological water storage basin for a water plant was designed and constructed on the TEDA area in Tianjin City. Located on saline, the construction of this project has to face serious difficulties, such as high salinity, scarce seed banks of macrophytes, and strong winds. Freshwater replacement, soil amendation and macrophytes planting at the basinshore, wooden water breaker and plastic membrane installation and other measures were conducted for the assistance of plant community establishment. The result showed that the chloride concentration in the basin water decreased from 11600 mg/L to less than 100 mg/L, and the chloride content in the basin sediment decreased from 2.1% to 0. 35 % after freshwater soaking. The introduced macrophytes of 8 species all survived and 11 other macrophytes species were occurred in the basin. A new ecosystem was created with increased biological diversity in the original saline, and the water quality was improved. This ecological water storage basin also provided a pleasing landscape for local people.