基于干旱河道生态修复的岳城水库生态调度

根据干旱风沙河道生态修复目标,结合水库的防洪、兴利、生态调度,建立了多目标水库生态调度模型,研究漳河岳城水库的生态调度。结果表明:枯水年岳城水库向下游河道生态供水0.277×10~8m~3,平水年岳城水库向下游河道生态供水0.327×10~8m~3,丰水年可以满足下游生态需水量2.66×10~8m~3。     

基于生态补水的缺水河流生态修复研究

为研究河流生态修复所需的补水量和补水关键期,以永定河官厅山峡段为例,采用环境需水量和生态需水量两种方法,计算不同阶段河流生态修复所需的生态水量。结果表明:水文变异后,永定河生态严重退化,实施生态补水迫在眉睫;现状1. 7×10~8m~3补水水量具有一定的积极作用,但不能满足河流正常需水;未来3个典型年(75%、90%和95%)最低的生态补水量为4. 88×10~8、6. 11×10~8和6. 37×10~8m~3,同时推荐3-6月份为生态补水关键期。通过对生态补水量和补水时机的研究,为永定河生态修复提供一定的理论依据。     

基于生态安全的阿瓦提灌区生态需水量研究

阿瓦提灌区地处塔里木盆地西北边缘,气候极端干旱,降水稀少,蒸发强烈。近年来,由于大批开荒、水资源不合理利用、土壤盐渍化等导致灌区生态环境越发脆弱,阻碍其经济的可持续发展。在灌区实地考察、分析整理多年新疆统计资料的基础上,考虑灌区生态用水安全,针对不同植被生态需水特点,分别采用彭曼公式法、定额法和比值法等相适宜的生态需水研究方法,计算其生态需水量。结果表明:阿瓦提灌区生态需水总量为13. 37×10~8m~3,其中,河道外生态需水量为6. 8×10~8m~3,河道内生态需水量为6. 57×10~8m~3。通过生态需水量研究,提出适宜的用水建议,为阿瓦提灌区生态系统的健康与稳定提供一定的理论依据。     

大凌河中下游河道生态需水量计算分析

文章以大凌河中下游为例,结合其生态环境问题以及水资源开发利用现状,采用河道输沙、自净、渗漏、蒸发需水量和基础流量等参数构建生态需水量计算模型。然后以水文站为断点将大凌河中下游分为5段,利用生态需水量模型依次估算各河段不同水文率年的生态需水量,并结合各参数间的关系界定了总生态需水量。研究表明:大凌河中下游95%、70%、50%、20%水文频率年的生态需水量依次为1.4239×10~8m~3、1.8540×10~8m~3、2.5061×10~8m~3、4.0837×10~8m~3,占代表年径流量比例依次为87.12%、60.04%、60.26%、56.41%,占多年平均流量比例依次为18.91%、28.25%、45.20%、72.61%;为实现大凌河水资源的合理利用和可持续管理,必须采取行之有效的调控措施,分河段分时段的整治流域生态环境问题。     

旱区植被生态需水量间接法计算参数的研究

植被生态需水问题是水资源优化配置和生态环境研究的热点,间接计算法是量化干旱地区天然植被生态需水量的主要方法。为了使计算结果更加准确,结合0. 618法与去极值法对间接法计算公式中潜水蒸发量E的计算做出改进,建立植被系数K的二阶Gaussian模型,最后运用灰色模型GM(1,1)对植被面积S的发展趋势进行预测。结果表明:优化所得潜水蒸发量——埋深曲线对实测数据拟合度更好,植被系数取值更加精确,以甘肃省民勤县为例,计算出该地2015年各类植被面积与资料记载差异较小,所得生态需水量结果与FOA推荐使用的Penman-Monteith模型相比无显著差异。在此基础上预测出2020年民勤县天然植被生态需水总量为4060. 8×10~4m~3,其中天然林地生态需水量预测为3100. 1×10~4m~3,天然草地生态需水量为960. 7×10~4m~3。研究使间接计算法对植被生态需水量的量化更加准确,为干旱地区水资源的分配及生态恢复政策的制定奠定了一定的研究基础。     

河道生态基流保障引起的农业损失量计算

为了科学协调水资源短缺地区农业用水与生态基流的矛盾问题,推动生态基流保障工作开展,从优先保障生态基流后农业受到影响的角度出发,确定了不同保障水平下的农业损失量。以渭河干流宝鸡段为例,定量计算了生态基流调控值在5～10 m~3/s之间时宝鸡峡灌区的农业产值损失与产量损失,并分析了生态基流保障前后保障率变化情况。结果表明:生态基流调控值在5～10 m~3/s之间时,平水年农业产值损失在1. 04×10~8～2. 54×10~8元之间,枯水年农业产值损失在2. 99×10~8～4. 06×10~8元之间,特枯年农业产值损失在4. 78×10~8～6. 61×10~8元之间。减少农业灌溉引水后,河道生态基流保障率明显提高。     

黄河干流生态与环境需水量研究综述

本研究在收集分析国内外有关生态环境需水研究进展的基础上,紧密结合黄河水环境和水生态特点,界定了黄河生态环境需水量的内涵和组成。对宁蒙(下河沿—头道拐)、龙三(龙门—三门峡)和下游3个重要河段的河道生态需水量、环境需水量计算方法及生态需水量、环境需水量耦合等问题进行了研究,提出了黄河干流10个重要水文断面的适宜生态环境水量和最小生态环境水量。     

大凌河流域生态需水量定量计算研究

河流生态需水量具有时效性和空间性特征,它是维持河流生态功能及自然结构的最低水量。针对大凌河流域面临的地表水污染、泥沙淤积、河道断流等问题,将流域生态需水量划分成蒸发、输沙、河流自净稀释和基本生态需水量,并定量计算了75%保证率下干流各水文站生态环境需水量。结果表明：天然径流条件下各水文站能够满足生态需水要求,最大生态需水量占年径流量达到52%,为保证流域水生态系统健康应合理的实行水资源规划和优化配置。     

沂河流域河流生态需水研究

基于沂河临沂站的天然径流和实测径流资料,遵循水量平衡基本原理,结合河流生态需水量、可取水量,提出一种新的河流生态需水分析方法,以满足河流生态需水量要求为前提,分析沂河河流可取水量、可取水比例及不同水平年条件下沂河河流生态需水保证程度。结果表明:沂河河流生态需水量、生态需水比例阈值分别为3.43亿~20.63亿m3、12.50%~75.17%,河流可取水水量、可取水比例的阈值分别为6.80亿~24.0亿m3、24.79%~87.50%,河流实际取水量、实际取水比例分别为8.65亿m3、31.53%;丰、平、枯、特枯水平年条件下,仅有特枯水年部分月份河流最小生态需水量不能够满足,河流适宜生态需水保证程度则处于较低水平。因此,在减少河流取水量的同时,有必要通过一定的水利工程调度,适当增加河道内生态用水量,以维持沂河河流生态环境的健康、稳定。     

和田河绿色走廊天然生态需水量估算

和田河是塔里木河的一条重要源流河，同时也是唯一穿越塔克拉玛干沙漠的河流。本文在实地踏勘和勘测资料的基础上，阐述了和田河绿色走廊天然生态植被状_况，并运用不同方法估算了和田河绿色走廊的生态需水量，为塔里木河流域综合治理目标的制定提供了依据。     

A Species-Specific and spatially-Explicit Model for Estimating Vegetation Water Requirements in Desert Riparian Forest Zones

Balancing human demands for water with environmental requirements to maintain functioning ecosystems requires the quantification of ecological water requirements. In arid regions, high spatial variability of vegetation cover and different water consumption of plant species make it different to estimate reasonable ecological water requirements. We developed a simple and practical approach that estimates the vegetation water requirements (VWRs) of desert riparian ecosystems. This model is species-specific and spatially-explicit; it considers the water consumption characteristics required by different species and highlights the impacts that high vegetation cover spatial variability has in arid regions on evapotranspiration. The model was parameterized based on the observation of the water consumption of two typical desert riparian species, Populus euphratica and Tamarix spp., in the lower basin of the Tarim River in northwestern China. Comparisons between the modeling results and measured data for two mature Populus and Tamarix stands indicate that the model is reasonable predictive. A case study in the lower basin of the Tarim River demonstrated the model’s practicality and transferability. This model could run based on near real-time or forest weather data and spatial vegetation patterns, and provides a continuous estimation of the temporal and spatial variations of the VWR. Particularly, this model forecasts VWRs under different vegetation spatial distribution and coverage scenarios, and evaluates the impacts and consequences of different management actions. This model can serve as a useful tool for management agencies interested in improving their decisions to allocate river water between human activities and natural ecosystems in arid regions.     

近60年和田河源流区径流特征及对气候变化的响应

分析气候变化下河川径流的变化规律及响应机制对河流流域内的经济、社会、生态发展具有重要意义。本文基于和田地面站点1953—2014年的气温、降水数据以及同古孜洛克站和乌鲁瓦提站1957—2014年径流数据,运用累积距平、小波分析、M-K突变检验等方法分析了和田河源流区近60年的径流特征及对气候变化的响应。结果发现:和田河源流区径流年际变化趋小,径流数值更加稳定,并在前期减少的情况下,在2006年发生突变,径流明显增大;和田河存在25～27年的主周期和6～9年的第二周期。在过去60年中,和田河经历了"丰-枯-丰-枯-丰"的交替变换,并在今后一段时间内依然表现为径流增加趋势;和田河径流的变化是气温、降水共同作用的结果,但气温是影响和田河径流变化最为主要的因子。在对气候变化的响应上,和田河径流对于气温的响应具有一定的滞后性。     

新疆和田河径流损失辨析

为确保新疆和田河年均向塔里木河输水9亿m3目标,合理估算和田河径流损失是先决条件。通过对比分析已有关于和田河径流损失估算的多篇文献,将和田河上游两支流水量合并、按水文站与渠首监测断面划分河段、考虑瓦鲁瓦提水库运行划分阶段估算径流损失是合理可行的;而和田河径流损失的定量估算结果差异显著的主要原因是径流损失中所含分量不同,即对河道径流损失概念理解不一致。     

塔里木河下游土地利用/覆被变化对生态输水的响应

以2000—2015年的遥感影像资料和生态输水数据为基础数据源,利用ENVI和GIS数据分析处理工具,基于时间轨迹分析方法研究塔里木河下游土地利用/覆被变化(LUCC)对生态输水的响应。结果表明:2000—2015年的16次、1 670 d间歇性生态输水,使林地和草地分别增加了823个和1 347个像元,耕地、湿地和人工用地分别减少了1 422个、736个和222个像元,其他用地增加了210个像元;植被面积总体上呈扩大趋势,2015年较2000年净增植被面积382.85 km²,人工表面增加356.10 km²;戈壁、裸土、沙漠等其他用地面积共计减少了738.95 km²;土地利用变化主要发生在塔里木河下游两岸的河水漫溢、滞留区,呈现出破碎化、不规则化和复杂化的趋势。     

黄河河口生态需水研究进展与展望

黄河河口生态需水包括河流生态需水、湿地生态需水和近海生态需水。系统梳理了近20年来黄河河口生态需水目标、需水类别和需水量计算结果;结合黄河河口演变特点,提出生态需水研究的重点和主要方向。河流生态需水以满足重要渔业物种生境为主,重点研究指示物种对天然径流量节律的响应特征,量化水文-生态响应关系,在某种程度上恢复自然水文情势的生态功能。湿地生态需水应深入研究植被、土壤、水体的水盐平衡和蒸散发规律,从植被和鸟类生态位的合理设计以及生物多样性维持出发构建生态系统结构,确定湿地合理规模。近海生态需水应研究入海冲淡水对渔业物种低盐产卵育幼场的塑造和维持机制,以及重要渔业物种习性、适宜营养盐水平与磷酸盐输送扩散机制。小浪底水库运用以来,利津断面径流量满足已有生态需水径流量各项研究成果要求的年份比例为37%～58%,春季经流过程经常缺乏流量脉冲。初步分析以湿地、河道鱼类和近海鱼类为主要目标的全年生态需水量为86亿m~3,径流过程需要阶段性场次洪水。建议对小浪底水库调度方案进行多年优化调整,兼顾春季流量脉冲的塑造,在更大程度上满足河口生态需求。     

Regulation leads to increases in riparian vegetation,but not direct allochthonous inputs,along the Colorado River in Grand Canyon,Arizona

Dams and associated river regulation have led to the expansion of riparian vegetation, especially nonnative species, along downstream ecosystems. Nonnative saltcedar is one of the dominant riparian plants along virtually every major river system in the arid western United States, but allochthonous inputs have never been quantified along a segment of a large river that is dominated by saltcedar. We developed a novel method for estimating direct allochthonous inputs along the 387 km‐long reach of the Colorado River downstream of Glen Canyon Dam that utilized a GIS vegetation map developed from aerial photographs, empirical and literature‐derived litter production data for the dominant vegetation types, and virtual shorelines of annual peak discharge (566 m³ s^?1 stage elevation). Using this method, we estimate that direct allochthonous inputs from riparian vegetation for the entire reach studied total 186 metric tons year^?1, which represents mean inputs of 470 gAFDM m^?1 year^?1 of shoreline or 5.17 gAFDM m^?2 year^?1 of river surface. These values are comparable to allochthonous inputs for other large rivers and systems that also have sparse riparian vegetation. Nonnative saltcedar represents a significant component of annual allochthonous inputs (36% of total direct inputs) in the Colorado River. We also estimated direct allochthonous inputs for 46.8 km of the Colorado River prior to closure of Glen Canyon Dam using a vegetation map that was developed from historical photographs. Regulation has led to significant increases in riparian vegetation (270–319% increase in cover, depending on stage elevation), but annual allochthonous inputs appear unaffected by regulation because of the lower flood peaks on the post‐dam river. Published in 2010 by John Wiley & Sons, Ltd.     

基于河道径流可变区间的河流水资源可开发利用率分析

为了确定水电开发活动对河流水资源的可开发利用率,建立分期展布的河道径流可变区间核算方法,其中河道径流包括河道最小生态需水和河道最大洪流,并以西藏拉萨河为例进行核算。结果表明:拉萨河河道最小生态需水和最大洪流年内动态变化分别为29.5~328.3 m3/s和95.1~1 673.4 m3/s。与河道最小生态需水约束相比,河道径流可变区间约束使得拉萨河年调节型水电开发的水资源可开发利用率从60.2%下降到18.7%。指出对于径流丰枯特征十分明显的季节性河流,大型水利工程在平衡径流季节分布的过程中,应该受河道径流可变区间约束,尤其是枯水期最大洪流约束下河道径流量的可增加空间。     

塔里木河流域绿洲水土资源匹配特征及稳定性分析

水土资源是维持干旱区绿洲可持续发展的关键要素,其时空变化直接影响绿洲的社会经济发展和生态安全.文章旨在通过水足迹与空间分析相结合的方法揭示塔里木河流域绿洲水土资源的时空匹配特征及其相互影响.1990-2015年间塔里木河流域农业水足迹增加了225.2亿m3,人工绿洲增加了1.30万km2,天然绿洲减少了0.16万km2...     

Assessment of impact of water diversion projects on ecological water uses in arid region

In arid regions, large-scale water diversion from rivers leads to significant changes in river flow regimes, which may have large impacts on ecological water uses of river-dependent ecosystems, such as river, lake, wetland, and riparian ecosystems. To assess the integrated impact of water diversion on ecological water uses, we proposed a hierarchy evaluation model composed of four layers representing the evaluation goal, sub-areas of the influenced region, evaluation criteria, and water diversion schemes, respectively. The evaluation criteria for different types of ecological water uses were proposed, and the analytical hierarchy process was used for the integrated assessment. For a river ecosystem, the percentage of mean annual flow was used to define the grade of environmental flow. For a lake ecosystem, water recharge to the lake to compensate the lake water losses was used to assess the ecological water use of a lake. The flooding level of the wetland and the groundwater level in the riparian plain were used to assess the wetland and riparian ecological water uses, respectively. The proposed model was applied to a basin in northern Xinjiang in northwest China, where both water diversion and inter-basin water transfer projects were planned to be carried out. Based on assessment results for the whole study area and two sub-areas, an appropriate scheme was recommended from four planning schemes. With the recommended scheme, ecological water uses of the influenced ecosystems can be maintained at an acceptable level. Meanwhile, economical water requirements can be met to a great extent.     

基于黄河鲤栖息地水文-生态响应关系的黄河下游生态流量研究

本研究采用野外生物监测、栖息地同步观测和实验室控制实验等技术手段,应用生物学、鱼类生态学、生态水力学、水文学等多学科理论,基于河流栖息地模拟法,研究了黄河下游指示物种黄河鲤生态学特性及其栖息生境与流速、水深、水温等水文水环境因子之间的关系,将径流条件与目标物种不同生长阶段生物学信息相结合,建立了代表物种繁殖期、越冬期栖息地适宜度指数,构建了黄河下游重点河段河流栖息地模型,建立了指示物种栖息地状况与河川径流条件定量响应关系,提出黄河下游花园口和利津断面繁殖期最小生态流量为300 m³/s和100 m³/s、适宜生态流量为600~700 m³/s和190~250 m³/s。该研究在水生生物习性及其与河川径流响应关系方面实现突破,解决了黄河生态需水研究中关键技术问题。