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.     

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     

北京农业虚拟水结构变化及贸易研究

通过依据典型区县实际灌溉定额调查成果并用全国作物需水量等值线图进行修正,确定出北京市主要农作物的需水量,对北京农作物种植结构变化、农业用水及其GDP效益作了分析,进而对各类农作物历年的虚拟水含量及其结构变化进行了研究,最后基于投入产出方法对北京农业虚拟水贸易进行了计算分析.结果表明,① 近年来,北京地区粮食作物虚拟水总量持续减少,由1990年的18.32×10⁸ m³减少到2004年的4.283×10⁸ m³,经济作物虚拟水总量却呈上升趋势,由1990年的9.06×10⁸ m³增加到2004年的14.92×10⁸ m³,但总体上农作物虚拟水总量仍呈现下降趋势;②北京是一个农产品虚拟水净输入的地区,年平均虚拟水净输入量约为2.37×10⁸ m³,这相当于北京市年产水资源总量的5.93％,间接地缓解了北京市水资源紧缺的局面.     

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.     

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.     

河道生态环境分区需水量的计算方法与实例分析

为真实反映流域各区间的河道生态环境需水量差异 ,同时解决流域上下游河道生态环境需水量的重复计算问题 ,提出了河道生态环境分区需水量的概念 ,对流域分区、河道功能确定和河道生态环境分区需水量计算方法进行了研究 .以黄河流域为例进行了实证分析 .结果表明 ,黄河流域的河道需水分区需水量差异显著 ,黄河下游区间的河道分区需水量最大 ,为 14 8 93× 10 8m3·a- 1 ,上游兰州—河口干流区间最小 ,为-5 0 12× 10 8m3·a- 1 ,龙羊峡—兰州干流区间和黄河下游区间河道分区需水量超过区间的自产水资源量 ,需要其它区间的水量补充 ,才能维持其河道的生态环境功能 .黄河流域的河道分区需水量之和为 2 3 0 6× 10 8m3·a- 1 ,约为流域地表水资源量的 3 9% ,说明黄河流域地表水资源的最大利用率应低于 61% .     

氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在PVA凝胶膜中的扩散性能

用冷冻-解冻法制备PVA凝胶膜,测定了氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在PVA凝胶膜中的扩散系数,考察了成膜条件和细胞密度对扩散系数的影响.结果表明,扩散系数随冷冻-解冻次数、PVA溶液的浓度及细胞密度的增大而减小. 氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在15% PVA的空白膜中的扩散系数分别为0.69×10^-9 m²/s, 0.52×10^-9m²/s和0.56×10^-9 m²/s; 在细胞浓度为60g/L的PVA膜中的扩散系数分别为0.55×10^-9 m²/s, 0.46×10^-9 m²/s和0.45×10^-9 m²/s.     

大靖河径流变化特征及其对气候变化和人类活动的响应

流域径流变化及其影响因素的研究对流域水资源的可持续开发利用以及改善流域的生态环境具有重要意义。以大靖河流域1956—2016年水文气象数据为基础,分析了近61 a来大靖河径流的年内、年际变化特征,并定量评估了气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：大靖河径流年内分配不均,主要集中在7—10月,占全年径流的60.98%;1956年以来大靖河径流以1.1×10⁵ m³?a^?1的速率递减,Hurst指数为0.69,表明大靖河径流在未来一段时间将继续呈递减趋势;大靖河径流存在4个震荡周期,分别为2—5 a、8—13 a、17—24 a及35—45 a左右,降水的震荡周期（8—13 a、17—24 a及35—47 a）与径流周期具有较好的一致性;气候变化对大靖河径流减少的贡献率为4.7%,人类活动的贡献率为95.3%,这可能与研究区土地利用方式变化有关。     

关于海滦河平原的缺水和引水问题

海滦河平原属半干旱半湿润季风气侯区。平原上的水来自当地的降水和上游山区的径流。特点是:降水量少,分布不均,年内、年际变化大;径流开发条件复杂,难以充分利用。海滦河平原平均降水量579mm,6—9月占78％。按平原面积14×10⁴km²,耕地1.3亿亩和二年三熟的作物覆盖率计,各种降水年型耕地上得到的降水总量和降水可供水量见表1。海滦河流域平均年径流量291.8×10⁸m³,其中来自上游山区212.9×10⁸m³,占     

珠江三角洲地区铺装道路扬尘排放因子与排放清单研究

对珠江三角洲地区不同等级道路共采集了65个道路扬尘样品,并调研了道路的车流量、车辆构成和道路长度等有关活动水平数据,采用美国环保署推荐的AP-42方法估算了该地区不同等级道路扬尘排放因子和排放量,并分析了道路扬尘排放的时空特征与不确定性范围.结果表明:高速公路、一级、二级、三级和四级道路尘负荷分别为1.05 g·m^-2、0.99 g·m^-2、1.30 g·m^-2、1.35 g·m^-2和1.45 g·m^-2;不同等级道路扬尘总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulate,TSP)、PM₁₀和PM_2.5的平均排放因子分别为8.32 g·VKT^-1 (Grams per Vehicle Kilometer Traveled)、1.60 g·VKT^-1和0.39 g·VKT^-1,对应的排放量分别为2755.1×10³ t、528.8×10³ t和127.9×10³ t,其定量不确定性范围分别为-91.7%~175.1%、-91.6%~178.9%及-91.5%~176.5%.     

海河流域河流生态基流量整合计算

以海河流域为对象 ,对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究 ,提出了海河流域生态基流量的整合计算的基本原则 ,即 :分阶段恢复原则、恢复模式原则、等级制原则和时空优化配置原则 .海河流域生态环境恢复对象包括 2 4条河段和 12块湿地 .根据河流生态基流量整合计算模型 ,计算得到海河流域的河流生态基流量 :高方案为 2 12 5 2× 10 8m3·a- 1 ,中方案为 13 1 79× 10 8m3·a- 1 ,低方案为 69 3 2× 10 8m3·a- 1 .并计算 3年内不同月份的生态基流量 .在高中低方案中 ,生态基流量的最大值均在 8月份 ,最小值均在 2月份 ,按照从大至小的顺序依次为 :8月份、7月份、9月份、6月份、10月份、5月份、11月份、4月份、3月份、12月份、1月份、2月份 .建议管理部门首先保证低方案的生态基流量 ,充分关注枯水年份和枯水季节的生态基流量 ,加强监测和管理生态敏感性强的河段、湿地和河口     

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.     

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.     

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.     

雅鲁藏布江中游河流生态系统健康状态对水环境因子的响应

河流生态健康评价是保护河流生物多样性、遏制河流水环境恶化趋势的前提,为探究雅鲁藏布江中游河流生态系统健康状态及其对水环境因子响应机制,于2021年的7月和10月在雅鲁藏布江中游进行浮游植物样品的采集和水环境因子的测定,鉴定浮游植物物种并计算其细胞丰度和生物量,构建浮游植物完整性指数评价该河段河流生态健康状态,分析水环境因子和浮游植物群落时空分布特征、P-IBI值和群落参数与水环境因子的相关性.结果表明,水环境因子在时间上差异不明显,在空间上有显著的差异;浮游植物平均细胞丰度和平均生物量大小为：丰水期>枯水期以及干流>支流,硅藻在群落中占绝对优势,pH和WT是驱动浮游植物时空分布的主要水环境因子;雅鲁藏布江中游生态健康状态整体为"健康-亚健康",河流健康状态枯水期优于丰水期、支流优于干流,EC、TUR、WT、NO₃^--N和NH₄⁺-N是影响该河段生态健康状态的主要水环境因子,可通过影响水体中浮游植物群落演替的方向和速率,参与和影响河流生态系统的物质循环和能量流动过程,驱动了雅鲁藏布江中游河流生态健康状态.     

亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

海南南渡江下游二维水动力及水生态数值模拟

为了模拟河流水生态系统演变,探讨热带河流浮游植物和浮游动物生物量在流量影响下的沿程变化规律,在求解河流二维浅水方程的基础上,考虑浮游动物、浮游植物、悬浮碎屑、无机氮、无机磷等输运和演变子模型以及各子模型间的耦合作用机制,构建水生态动力数学模型,并将该模型应用于我国热带河流—海南南渡江下游龙塘坝至入海口段（长约28 km）.数学模型采用ADI-QUICK格式差分方法对水动力学方程和对流扩散方程进行离散求解,进而驱动各类生物变量输运和演化.通过对河流水面线高程、营养盐含量、浮游生物生物量模拟值与实测值加以对比进行验证.实证结果表明,在生态参数合理率定前提下,忽略河流流量的时间变化,采用丰水期、平水期和枯水期工况下的代表流量加以概化,数值模拟仍能获得局部河段浮游生物生物量模拟值与实测值整体相符合的结果.浮游植物和浮游动物生物量均沿水流方向逐渐降低,但随流量的增大整体上呈降低趋势,丰水期上游浮游生物生物量为下游的1.6倍,枯水期达到9.3倍.受海水入侵、沿程污染排放等因素的影响,枯水期浮游生物生物量模拟值与实测值的偏差远大于丰水期.枯水期河道浮游植物和浮游动物生物量模拟值的最大值分别为77.71和38.56 mmol/m3（均以C计）,约为丰水期的3.8倍,说明枯水期水质富营养化风险远高于丰水期.      

沙颍河流域(河南段)非点源氨氮污染模拟与时空特征分析

沙颍河流域是我国淮河流域污染最严重的区域之一.为揭示流域非点源的时空分布特征并评估其对水污染的贡献,以沙颍河流域（河南段）为研究区,采用流域水循环系统模型（HEQM模型）模拟了重点断面2012-2015年月径流和氨氮浓度过程,辨识了污染源类型及其贡献,揭示了非点源负荷的年内和年际变化.结果表明:①径流和氨氮浓度的模拟效果较好,HEQM模型在沙颍河流域（河南段）具有较好的适用性.②非点源氨氮污染负荷占多年平均总负荷量的37.40%,在污染时期占比为29.32%.沙河和颍河上游污染时期的非点源负荷比例较高,分别为91.49%和90.45%.③非点源氨氮负荷对丰水期（6-9月）和平水期（3-5月、10-11月）污染的贡献较大,占总负荷的48.83%和51.92%;从年际变化来看,2012-2015年各年份的空间分布特征基本相似,但2014-2015年单位面积非点源污染负荷较2012-2013年明显下降.研究显示,沙颍河流域（河南段）非点源对氨氮污染的贡献已不可忽视,丰水期和平水期是非点源污染治理的关键时期.