中国生态水文分区

在综合分析生态分区、水文分区、综合自然分区与水资源分区等相关研究的基础上,首次提出并界定了生态水文分区的概念.根据我国不同流域或区域的生态水文特征,提出了生态水文分区的原则,建立了生态水文分区的指标体系.以水资源三级区为单元,采用定性与定量的ISODATA模糊聚类分析相结合的方法,将全国划分为3个生态水文大区、36个生态水文区,并提出了各生态水文一级区与水有关的生态环境保护目标与准则,旨在为合理确定不同流域或区域的生态环境保护目标及河道外生态需水的计算方法和标准提供重要理论依据.     

基于GIS的青海湖流域水生态功能分区

湖泊型水生态功能分区是以流域数字高程模型(DEM)为底图,通过水文分析划分出目标流域的自然水文单元和水系,借助流域综合调查资料确定水生态功能分区,也是地学分区面向生态环境领域的发展和应用。基于GIS技术,将研究区7大主要河流水系图、DEM、生态系统服务价值总量图、归一化植被指数(NDVI)图、土地利用类型图等进行统一处理为栅格单元相同的栅格图,使用GS+软件计算各指标要素的空间自相关距离,从而得到各因子之间的空间自相关距离,确定青海湖流域水生态功能一二级分区主导指标和影响指标,运用ArcGIS 10.0软件中的空间叠加法对选定的指标栅格图进行模糊叠加,修正分区边界,确定青海湖流域水生态功能一级分区为8个。以青海湖流域水生态功能一级分区图为底图,在一级分区的基础上确定青海湖流域水生态功能二级分区为27个。青海湖流域水生态功能一、二级分区有助于丰富青海湖流域分异规律研究,为青海湖国家公园的建设提供理论与方法指导。     

基于主成分聚类分析的青海省水文分区研究

青海省地处我国青藏高原、黄土高原和内蒙古高原的交汇区,地质条件、地形地貌及水文条件复杂。根据青海省自然地理特征及气候特征的空间分布,在主成分聚类分析方法的基础上,通过水文分区合理性分析,采用GIS综合青海省的自然地理特征进行水文分区,将青海省划分为4个一级分区、8个二级分区和20个三级分区,并参照每个分区的典型特征给分区命名,对每个分区的重要水文特性进行了描述。     

中小河流治理水生态功能两级分区研究——以哈尔滨市蚂蚁河流域为例

面向中小河流生态治理需求,阐述了水生态功能分区的内涵,对分区指标体系的构建进行了探讨。基于Arc GIS空间分析平台,以哈尔滨市为对象,考虑气候、地形和人类活动因素,划分了哈尔滨市水生态功能一级分区。分析了蚂蚁河水生态服务功能和流域主要生态环境问题,选取径流深、坡度、地均GDP和水功能区指标,参照子流域及行政边界,划分了蚂蚁河流域水生态功能二级分区。根据水生态功能一级、二级分区结果,提出了哈尔滨市及蚂蚁河流域中小河流治理与保护方向,为该区域水陆一体化管理和生态环境综合治理提供了技术支撑。     

平流干旱模型在新疆白杨河流域生态耗水研究中的应用

本文将平流干旱模型用于流域水资源开发利用规划的生态耗水计算．以MODIS数据、中巴卫星数据、有关气象与水文监测数据等为主要数据源，以景观生态分区为单位，分区计算流域景观生态耗水。为保证结果的合理性、可靠性，分别从水平衡和生态耗水定额两个方面对计算结果进行了检验。     

流域水文过程与植被相互作用研究现状评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面,对国内外相关研究现状进行了总结分析。从中发现,当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性、交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究,如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究,而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足,缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。有研究表明,气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长,气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究,只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下,才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应,从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

流域水文过程与植被相互作用研究评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面，对国内外相关研究现状进行了总结分析。研究发现，当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性和交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究，如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究，而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足，缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。研究表明气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长，气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究，只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下，才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应，从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。     

基于气候变异影响的流域生态水文响应研究

本文以气候变化和流域生态水文系统运行关系为研究对象,在分析气候变化对生态水文影响的基础上从生态水文基础设施建设、重点生态水文单元保护以及流域生态水文运行监测体系完善几个方面,对流域生态水文应对气候变化的对策进行探讨分析,为进一步提升流域生态水文应对气候变化的能力和保障流域生态系统运行安全提供决策参考和理论指导。     

秦巴地区生态分区的初步研究

秦巴地区在我国生态保护中具有重要的战略意义,其生态分区可为生态系统管理和自然资源可持续利用提供科学依据。针对秦巴地区存在的水污染、水土流失和地质灾害等生态环境问题,以该地区的地形特征、植被状况、气候条件和人类活动因子等作为生态分区指标,并采用主成分分析的定量分析方法,建立了指标体系。利用GIS技术中的空间分析和叠加分析技术,将秦巴地区划分成3个一级分区、5个二级分区和11个三级分区。依据分区结果,对各个分区的生态特征及问题进行了分析,提出了生态环境保护建议。     

结合土壤地形指数的流域下垫面水文分区方法

以湿润的屯溪流域、半湿润的东湾流域为研究区,对比分析了经验方法、数值平均法、频率平均法三种方法,先修正得到两流域的CN值查找表,再结合下垫面分类信息和土壤地形指数建立水文分区表,用屯溪流域18次和东湾流域16次降水的水文数据进行了模拟验证。结果表明:采用频率平均法水文分区得到的合格率为屯溪94.44%、东湾87.50%,数值平均法水文分区得到的合格率为屯溪88.89%、东湾81.25%,经验方法水文分区得到的合格率为屯溪88.89%、东湾75.00%;就流域而言,土壤地形指数累计频率高的流域模拟效果更好。     

黑水河流域生态系统完整性评价

为评估黑水河流域受人为干扰的实际情况,依托流域范围内的基础地理、生物多样性、环境数据、其他威胁等调查资料,构建包含水文情势、水质、连通性、栖息地、生物群落5项关键属性的淡水生态系统完整性评价指标体系。通过变化范围法RVA、综合连通系数、栖息地比例相似PSI指数、入侵指标和捕捞指标等对黑水河流域生态系统完整性进行评价,黑水河流域水文情况属性现状为差、连通性属性现状为差、栖息地属性现状为差、生物群落属性现状为一般;河流水质现状较优,但黑水河支流存在一定富营养化风险,评估为一般。结果表明：流域生态系统完整性评价指标体系,应围绕淡水生态系统五大关键生态属性,并结合流域生态特征及生态现状来确定;RVA、综合连通系数、PSI指数等的综合运用能够科学地确定指标阈值,进而正确进行流域生态完整性评价;受不同流域鱼类生态学习性差异等因素影响,还需通过长期监测不断完善评价理论和方法。     

结合G1法与变权理论的杞麓湖流域生态用地分析

杞麓湖流域作为典型高原湖泊流域之一,生态极易遭到破坏。选取高程、坡度、人口密度、道路缓冲区、居民点缓冲区、水域缓冲区来构建生态敏感性评价的指标体系,并结合G1法、变权栅格理论确定各指标权重,进行杞麓湖流域生态敏感性评价和流域生态用地分析。结果表明:①引入变权栅格理论可有效避免因子之间的相关干扰;②高、中、低度敏感区分别占流域总面积的3.66%、71.08%、22.83%,不敏感区占比为2.44%;③93.81%的林地、99.22%的水域以及79.52%的其他用地处在高度敏感区和中度敏感区,63.02%的建设用地和54.79%的耕地处在低度敏感区与不敏感区。开展流域内的生态用地分析,为推动可持续土地资源利用开发和生态环境保护提供了重要依据。     

我国水生态格局与保护现状

我国流域水循环支撑的河流、湖沼湿地以及河口近岸海域,生态系统类型复杂。针对我国水生态保护方面存在的问题提出对策,一是水生态自然保护区的部分生态需水过程不能保障,区域生态用地问题凸显,建议加强水生态保护区上游的水利工程调度管理,尽快开展最小生态用地的研究与管理;二是水生态保护区部门分割,完整性差,需要整合不同目标的水生态保护区,以生态系统进行保护,纳入水功能区,实行以流域为单元的统一管理。     

基于Arc Hydro Tools的广西小流域划分研究

为实现广西地区小流域的科学管理,加快水土保持信息化建设,以25 m分辨率DEM为基础,根据广西地形地貌特点,结合行政区划、水系分布等,对广西地区进行了小流域划分研究。为此,采用Arc Hydro Tools水文数据模型建立小流域自动划分模型进行初步划分,并针对平原区、海岸带等自动划分效果不理想的区域,利用人工处理方式对该区域进行修正。经过拓扑检查、属性编码和质量控制后,最终完成对全广西共计9 631条小流域边界的提取。结果表明:所提取小流域面积大多集中在10~50 km~2之间,无小于3 km~2和大于100 km~2的小流域,符合标准规范;自动化处理模型可对小流域进行快速划分,处理面积达到82.88%;有针对性的人工处理可提高划分精度,使得结果更为理想。研究成果对小流域信息化建设、水文模拟具有重要参考价值。     

西江下游流域水质与不同空间尺度土地利用的响应关系

基于西江下游流域2005—2017年11个监测断面水质数据和2005年、2010年、2018年遥感影像数据,通过不同空间尺度和土地利用类型的划分,利用Spearman秩相关系数法、冗余分析等方法分析了不同空间尺度下土地利用结构对西江下游流域水质的影响。结果表明:2005—2017年西江干流、贺江及罗定江水质较为优良,新兴江、南山河水质恶化明显,西江干流汛期总磷浓度明显高于非汛期;流域尺度下,河流水质指标与城镇用地呈显著正相关关系,与水体呈显著负相关关系;河岸缓冲区尺度下,河流水质指标与林地、水体呈负相关关系,城镇用地对河流中COD解释度较高,800 m缓冲区城镇用地对氨氮和总磷解释度最高,河流水质指标与旱地相关性在缓冲区达到 1 500 m后显著上升,800 m缓冲区内水田坑塘对河流水质指标影响较大。建议对西江下游流域河岸800 m宽度范围内城镇用地、水田坑塘以及1 500 m缓冲区外旱地加强污染管控。     

洮儿河、霍林河流域湿地保护探讨

洮儿河、霍林河是松嫩平原西部嫩江相邻的两个主要支流,分布着大片的湿地、盐碱地。本着流域管理一体化的理念,通过工程措施、生物措施以及蓄滞洪区的建立,实现该流域的水资源优化配置,使流域生态环境向良性发展。     

分布式水文模型EasyDHM在玛纳斯河流域径流模拟中的应用

玛纳斯河流域作为新疆干旱区典型的内陆河流域,其年径流量主要来源于高山区融雪径流。掌握该流域的径流变化规律,对探讨该地区气候、水文及水资源、生态环境之间的联系以及预测未来山区径流的变化规律具有重要意义。以玛纳斯河流域作为研究对象,基于分布式水文模型EasyDHM(Easy Distributed Hydrological Model),利用DEM、实测河网、土壤、土地利用及水文气象数据构建玛纳斯河流域分布式水文模型研究该流域径流过程。通过模型参数率定及验证发现,该模型精度较高,验证期内各站点纳什效率系数均在0.75以上,说明EasyDHM分布式水文模型的泛化能力较好,可应用于该流域的水雨情势分析,为预防和减轻春季融雪型洪水灾害提供了理论依据。     

流域空间划分体系研究

科学合理划定流域空间是流域综合规划环境影响评价的基础。在分析流域生态环境与流域综合规划特点的基础上,系统地研究了流域空间划分的基本原则、分类系统与划分条件、划分方法、空间保护与管控要求。从可持续发展的高度,提出将流域空间分为水域空间和陆域空间,水域(陆域)空间又可分为优先保护水域(区域)、重点保护水域(区域)、治理修复水域(区域)和引导发展水域(区域)4类,通过差别化保护有效协调流域开发与保护的关系,明确了各类型流域空间保护定位与管控要求,最终形成了完整的理论和应用体系,并应用该研究成果对嘉陵江流域空间进行了划分。划分成果不仅可有效指导流域综合规划、环境影响评价等工作,还可为流域生态红线的划定提供参考。     

Applying Water Quality Modeling to Regulating Land Development in a Watershed

Achieving a balance between land development and environmental protection has always been a challenge for many policy makers around world. The purpose of our project is to build a management system for protected drinking water source watersheds where land development is restricted for reasons of water health and drinking safety. Ideally under this proposed management system, land development is not considered taboo, but can proceed with preconditions. We first divided a protected area into two protection zones for different types of regulations. In the first zone, any type of land development is strictly prohibited, as the currently dominant philosophy for watershed protection. In the second zone, development is allowed but only when a permit with more environmental protection requirements is granted by a responsible governmental agency. In response to land development regulations, we proposed three compensation programs to the landowners of the protected watersheds to reduce their resistance on the inclusion of their properties into the designated protected areas. How to delineate and divide a protected area for different levels of regulation is thus a concern of all parties involved in management and compensation programs. In this paper, we demonstrate a case study on the Kao-Ping River Watershed, a subtropical watershed with highly heterogeneous land uses and a wide range of elevations in southern Taiwan. Through this study, we empirically examined the feasibility of the proposed management and compensation schemes. The targeted water pollution abatement goals were regarded as the basis of determining the area requirements for these two types of protection zones. Under this principle, the Arc/View GIS software and two water quality prediction models, QUAL2E and GWLF, were repeatedly applied to simulate the effects of water pollution reduction with different acreage of development-restricted areas. The optimal areas of the protected zones from the modeling results were further used to estimate the amounts of compensation fees based on the three following mechanisms: land banking, conservation easement, and transferable development rights.