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.     

天津市生态需水量分析

依据天津市河湖水系和水资源的特点,结合实际生态用水及供水情况,分区对天津市主要的一级河道、湖库湿地以及二级河道的生态需水量进行计算。采用以基础流量、河道蒸发损失量、河道渗漏损失量三者之和作为天津市的生态需水量。计算结果表明,2020年天津市的生态需水量为14.1×108m3,2030年为17.9×108m3。     

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。     

新立城水库生态需水量分析

本文以长春市主要饮用水源地——新立城水库为研究区,在确定生态需水量构成基础上,运用Tennant法、面积定额法等研究方法对新立城水库的生态需水量进行核算。研究结果表明,新立城水库的生态需水总量为2.64×108m3,占总库容的44.6%,其中水生生物及其栖息地需水量（下泄生态流量）为1.60×108m3,占水库生态需水总量的60.6%,占水库多年平均径流量的68.4%。研究结果为水库生态调度、生态环境恢复和城市供水安全提供科学依据。     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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% .     

黄河流域城市群与产业转型发展

黄河流域生态保护与高质量发展是国家重大战略之一。城市群和产业转型发展是实现黄河流域生态保护与高质量发展的内在要求和根本保障,揭示流域尺度城市群发展与产业转型升级的路径对指导黄河流域高质量发展意义重大。为此,本文聚焦“城市群和产业转型发展”,联合来自中国科学院地理科学与资源研究所、中国社会科学院生态文明研究所、黄河水利科学研究院、首都经济贸易大学、北京大学、河南大学等单位的专家学者,从生态保护、资源配置、动态演化、空间结构、整合调控等视角,探讨黄河流域城市群与产业转型发展的重要议题,以求服务于黄河流域生态保护与高质量发展的国家重大战略实施。核心观点如下：识别水资源、城市群和产业发展的关系是促进产业转型和城市转型协同、经济转型和社会转型并进的关键;分析流域生态保护和高质量发展复杂耦合与动力演化机制对于实现流域高质量发展意义重大;揭示黄河流域典型城市群和产业空间演变机理,构建城市群与产业转型发展空间一体化目标与模式,是促进黄河流域的高质量发展的有效途径;在全球化和能源革命导致贸易不确定性增加、社会经济与生态环境关系复杂、“双循环”的新发展格局构建背景下,黄河流域“城市群和产业转型发展”亟需更全面的整合调控机制。     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。     

Methodology to determine regional water demand for instream flow and its application in the Yellow River Basin

Introduction Instream flow is a generic and widely used term that refers to the water required to protect the structure and function of aquatic ecosystems at some agreed level. Other terms that are sometimes used include “environmental flow” (Arthington…     

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.     

黄河上游生态脆弱区城市增长边界划定——以临夏回族自治州为例

黄河流域是我国重要的生态屏障和经济区,其上游水源涵养区对黄河流域的生态可持续发展起着决定性的作用。因此,科学统筹城乡发展、合理划定城市增长边界（UGB）,对于黄河流域生态保护与城市高质量发展具有重要意义。以黄河上游典型城市临夏回族自治州为研究对象,基于土地利用及相关遥感数据,运用遥感生态指数（RSEI）、生态敏感性分析评估了临夏回族自治州的生态质量,并在此基础上,结合CA-Markov对比分析了有无生态环境质量评价条件下未来城市增长边界发展情况。结果表明：（1）2005—2015年,临夏回族自治州生态环境整体较差且逐年下降,2015年生态质量（RSEI）结果降至最低（0.38）。同时,生态敏感性也从中度敏感变为低度敏感。（2）2005—2015年,研究区城市扩张面积增长6.04 km²,通过CA-Markov模拟得到的2030年城市建设用地规模为95.88 km²,超出规划面积3.2 km²,城市扩张未得到有效约束。（3）RSEI-CA-Markov模拟2030年的城市建设用地为90.36 km²,小于政府规划面积2.32 km²,符合城市可持续发展要求。因此,基于RSEI-CA-Markov划定的黄河上游生态脆弱地区UGB具有更强的城市管理能力,有利于引导和实现城市可持续发展,也可对中国其他生态脆弱城市生态—经济协调发展提供参考依据。     

中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例

基于中国西部生态系统综合评估的概念框架,提出了该评估的水问题评估目标和概念框架,并以三工河流域为研究对象,通过对不同年份生态系统服务价值的评估,以人工生态系统和天然生态系统服务功能最大化为原则,确定1987年的生态景观状态组合为生态系统保护的最佳生态目标。在此保护目标下,分别估算了河流廊道和河道外生态需水,判定三工河流域生态需水的阈值区间为17%～24%。其后,结合社会经济需水的预测情况,综合分析了当地居民福利变化的情况,并以河流廊道用水和河道外用水平衡、社会经济内部用水平衡以及生态系统和社会经济系统用水平衡为原则,提出了基于人与生态和谐的水资源配置的对策和建议。     

历史时期黄河流域城市空间格局演变与影响因素

研究历史时期黄河流域城市的空间格局演变,能够更好地理解人居环境的特点和发展脉络,对当今黄河流域生态保护、城镇发展有重要的现实价值。采用哈佛大学CHGIS数据库中城市时间序列数据,以及历史人口数据、流域和高程数据,通过实证分析,梳理黄河流域城市时空格局演变过程与影响因素。研究发现：（1）城市数量变化可划分为五个阶段。（2）一级延续稳定区,以今安阳为中心的河南北部城市高密集区和以今西安为中心的关中城市高密集区;以今济南、太原、洛阳为中心的次高密集区。二级延续稳定区分为五条重要的城市带,即渭河城市带、汾河城市带、鲁中山地北麓城市带、太行山东麓城市带及运河城市带。（3）城市重心迁移的平均距离为32 km,人口重心迁移的平均距离为95.78 km,城市和人口的分布有着较密切的联系。（4）气温、降水、高程、与河流的距离、黄河下游河道的变迁等自然因素,以及战争、都城转移和人工运河等人文因素共同影响了历史时期黄河流域城市的时空格局。     

流域主体功能优化与黄河水资源再分配

立足流域主体功能优化概念内涵,系统性解析流域各类主体功能目标,基于流域主体功能评价指标体系建立以主体功能优化为目标导向的流域主体功能水资源分配机制,通过遗传算法求解多目标优化模型得到2017年黄河流域9省、自治区的四类水资源分配方案。研究结果表明：（1）流域主体功能实现水资源分配机制,使黄河流域最大可能节水23.01亿m³。（2）流域主体功能水资源分配机制给黄河流域主体功能实现分别带来4344.48亿元的生产功能增量、991.35亿元的生态功能价值增量,可多承载8194.84万人口。（3）减少宁夏和山东的农业用水及内蒙古工业用水分配对黄河流域水资源优化分配至关重要。     

黄河三角洲灌区农业配水分析

地处黄河三角洲的东营市共有六大农业灌区,由于黄河经常发生断流,且每年的来水量不断减少,因此,对各个灌区进行合理配水是一个亟待解决的问题。由于统计区域边界与灌区边界不一致,论文应用遥感作为辅助数据对统计数据进行了面插值,获得了各灌区的统计数据,然后应用经济学中边际效益原理,计算了各灌区的农业用水边际效益,从而获得了各灌区的农业用水边际效益曲线,根据边际效益曲线建立了黄河三角洲各灌区的农业配水模型。该模型从经济效益最大化的角度较好地解决了黄河三角洲农业水资源的合理分配。