湿地生态水文过程及其模拟研究进展

在明确生态水文学相关概念的基础上,概述了湿地生态水文的研究历程和目前的研究热点。总结和分析相关文献发现,湿地关键水文过程在不同时空尺度的变化规律、湿地生态过程和水文过程的耦合作用机制、多尺度湿地生态水文过程的模拟与调控是目前湿地生态水文学的热点研究内容。总体而言,湿地生态水文研究已经由关注单一类型湿地水文过程向研究多类型湿地之间的水文连通维持机制转变,重点在于揭示不同时空尺度湿地水文与湿地生态系统之间的相互作用规律,阐明水文情势与生物群落、生态系统之间的作用与动态反馈原理;发展多维时空尺度的水文情势与湿地生态系统格局与过程交互作用的生态水文模型,旨在为湿地生态系统结构与功能修复提供理论与技术支撑。     

新时代自然地理学发展的思考

自然地理学是地理学的基础学科,也是地理学综合研究的基石。本文在梳理自然地理学主要研究进展的基础上,思考了新时代自然地理学的发展方向。在全球环境变化驱动下,自然地理学及其分支学科在传承中得到新的发展。自然地理学近年来的研究进展主要表现为自然地理过程综合与深化、陆地表层系统集成、陆海相互作用和区域生态环境管理应用等方面。自然地理学及其分支学科的发展需要面向全球环境变化和人类需求,探索应用新技术新方法,开展多要素多过程集成研究,发展并完善地理模型,模拟和预测环境变化与可持续发展,服务于国家重大需求和政府决策。在发展过程中,亟待关注以下前沿领域与方向：①地貌学需要重点加强地貌学与全球环境变化及人类活动关系研究;②生物地理学有待深化属性地理学、全球变化生物地理学等前沿领域的探索,连接变化背景下的生物地理空间分布与人类需求;③水文学需要开展多要素、多过程、多尺度的综合集成研究,发展生态水文学、社会水文学、水文形态学等新兴学科领域;④自然地理学有待全方位介入气候变化研究,在气候变化国际重大研究计划、气候变化框架公约等方面发挥更加积极的支撑功能;⑤综合自然地理需要面向国家重大需求,聚焦人地系统耦合研究,在资源环境承载力评估、生态安全格局与生态文明建设等领域作出积极贡献;⑥自然地理学需深化耦合自然与人文要素及过程研究,建立发展复杂系统模拟模型,分析和模拟变化环境下的自然、人文要素耦合机制和陆地表层系统动态变化规律。     

中国生态水文学发展趋势与重点方向

生态水文学是一门新兴的交叉学科,发展和完善其理论体系和技术方法等对促进中国山水林田湖草系统保护与修复,推进生态文明建设和绿色发展具有重要理论和实践意义。本文阐述了生态水文学发展历程和挑战性问题;结合学科前沿和国家需求,提出了生态水文学在中国的发展战略,主要包括：生态水文综合观测的新技术新方法、生态水文学机理和基础理论、以陆地和水生生态水文过程为核心的多尺度多要素综合模拟与集成、以及生态水文与社会科学的融合等;在此基础上,也提出了中国生态水文学具体发展方向,如多源信息融合与综合观测网络、关键要素的时空格局及其演变特征、综合模型与不确定性、多学科交融研究等;最后提出了中国生态水文学在山水林田湖草及城市等共同体修复和保护中的应用前景。     

山地流域水文模拟研究进展与展望

山地水文循环是全球水循环的重要组成部分,山地独特的地形特征、日趋变化的社会经济与新技术(遥感观测和信息科学)发展使得山地水文循环研究成为当前乃至未来水文学关注的热点。山地较大的垂直梯度浓缩了水平自然带的自然地理和生态学特征,具有多样的环境敏感性,因此山地水文过程对土地利用变化和气候变化的响应比平坦地区更为剧烈。明晰山地水文过程对区域防洪减灾、制定全球变化背景下区域水资源可持续利用策略、促进经济社会发展具有重要意义。水文模型是研究水循环的重要工具,但山地产汇流机制的复杂性以及实测水文资料匮乏等一系列问题极大限制了山地水文模拟与预测工作。本文首先系统地从数据获取、参数计算、模型结构、建模理论四个方面介绍了国内外山地水文模拟的研究进展,并总结了经验模型、概念模型及基于物理机制的分布式水文模型在我国山地水文模拟中的应用进展,之后从山地水文要素的空间变异性与垂直变异性、驱动力、数据不确定性、强烈的人为扰动等方面对当前山地水文模拟中面临的挑战与难点进行了论述。通过对国内外相关研究前沿的归纳,从多过程耦合机理研究、山地自然—社会二元水循环理论、大数据背景下多源数据获取与同化研究等方面对我国未来山地水文模拟的工作方向进行了展望。     

湿地水文过程与植被响应研究进展与案例分析

生态水文学是20世纪90年代兴起的一门研究生态过程和生态格局水文机制的新学科。湖泊湿地作为中国5大类天然湿地类型之一,湖泊湿地生态水文学的研究业已成为生态水文学的研究的一个重要对象和分支,其核心在于研究湖泊湿地生态系统中多时空尺度的水文与生物格局、过程的耦合特征及其相互作用。论文首先概述了湖泊湿地生态水文学的研究进展,包括其基本理论,内涵、外延及其主要研究内容;凝练了湖泊湿地生态水文学研究的方法体系、思路及框架;针对目前湖泊湿地生态水文学研究中存在的问题及薄弱环节,提出了湖泊湿地生态水文学未来研究的发展趋势和亟需加强研究的重点方向。在此基础上,以长江中游的典型通江湖泊湿地——鄱阳湖湿地为例,通过开展的湖泊湿地生态水文过程与模拟研究的典型案例,阐述了鄱阳湖湖泊湿地生态水文过程的变化及其植被响应研究的最新进展和研究成果。论文对于构建涵盖湖泊湿地水资源、湖泊湿地生态景观格局与流域管理、湖泊湿地生物多样性保育以及湿地资源可持续利用与生态管理等方向在内的战略研究体系,完善湿地生态水文研究与流域生态与管理的技术支撑体系具有重要的指导意义和实践价值。     

《现代水文学》出版发行

反映水文学最新发展的学术专著《现代水文学》 ,近日由黄河水利出版社正式出版发行。《现代水文学》是以现代新技术新理论应用为支撑 ,系统阐述现代水文学的理论、方法及应用 ,为水问题研究 ,提供现代水文学的研究基础。全书系统阐述了水循环的概念、原理及研究进展 ,水文不确定性问题、非线性问题和尺度问题的研究意义与基本方法 ,水文系统识别的概念、原理和方法 ,“3Ｓ”技术及在水文学中的应用 ,水资源可再生性研究和可持续水资源管理量化研究 ;还介绍了代表水文模型发展方向的分布式水文模型、水文 -生态耦合系统模型等。该书作者左其…     

社会水文学和城市水文学研究进展

进入人类纪尤其是近数十年来,人类活动对水文过程的影响愈来愈突出,愈来愈强烈,许多新的问题用传统水文学理论难以给出合理的分析和解释,因此,作为两个关注人类活动影响的水文学分支学科,社会水文学和城市水文学受到越来越多的关注。随着人水互动关系的增强,水文系统和人类系统逐渐演变为一个耦合系统,为研究其互馈关系和协同演化过程,社会水文学应运而生。城市是人类活动与自然系统相互影响最剧烈的部分之一,城市区域水循环问题日趋复杂,由此诞生了城市水文学。这两个学科的研究,对水资源和与其相关的经济社会发展的中长期规划和管理,指导城市规划建设、增强城市水安全和改善城市水环境具有重要意义。本文梳理了两个学科的发展规律,总结了研究特点。分析了两个学科的研究现状和发展趋势,包括社会水文学对社会因子的研究、典型流域的案例研究、不同案例的对比研究、模型模拟研究;以及城市水文学中城市化对降水和洪涝灾害的影响研究,城市化与生态环境响应关系的研究。本文探讨了两个学科的重点研究领域,如社会水文学中的本构关系研究、比较社会水文学研究、交叉学科研究等;城市水文学中的城市化对水文过程影响机理及模拟研究、城市暴雨洪水监测与预测预警技术研究、城市雨洪管理和资源化利用技术研究等。     

流域生物地球化学循环与水文耦合过程及其调控机制

流域生态系统的水文和生物地球化学循环通过水文通量的物理作用紧密耦合,其时空尺度的物质和能量耦合为流域生物地球化学过程的物质平衡和能量流动提供重要基础。通过研究流域尺度生物地球化学循环—水文耦合过程,将更加深刻揭示水循环驱动下陆地—水生生态系统碳氮循环与人类活动及气候系统的生物学、物理学和化学过程的耦合机制。本文综合阐述了流域生态系统的时间、空间以及时间—空间尺度的生物地球化学循环与水文耦合特征,揭示营养元素循环在时间—空间尺度上的耦合特征,通过大气、陆地、河流、河口和海洋系统形成了一个连续体并由水、气体和气溶胶通量进行物理连接;分析流域营养物质的生物地球化学循环与水文耦合过程随着时空尺度在大气—陆地界面、陆地—河流界面以及河口—海洋界面的耦合变异性;最后通过流域生态化学计量特征及水陆交错带对营养物质输出的调控分析耦合过程的生物学调控机制,以提高对流域景观水平的生态水文、生物地球化学和生态动力学的理解。     

关于地理学科"十五"重点项目的思考

国家自然科学基金地理学科在"十五"期间拟确立6个优先资助领域:全球变化的区域响应;地球表层系统的地理过程和环境效应;水、土资源形成的理论及其合理利用;环境演变、灾害形成与污染防治;区域可持续发展;对地观测技术、遥感理论和探测机理及空间数据分析建模.并侧重在多空间尺度生物地球化学循环;土壤(土地)质量变化;多尺度陆地水循环;冰冻圈动态变化研究;城市化、区域理论与方法研究;对地观测技术、遥感理论与探测机理研究等方面集中设立重点项目.     

土地变化的生态效应研究方法

土地变化研究是全球土地计划(GLP)的重要组成部分,并逐渐演化成新的研究领域——土地变化科学(LCS)。土地变化对陆地生态系统造成了深远影响,其生态效应研究在全球和区域尺度上广泛开展。该文对土地变化的大气、水文、土壤、生物单要素效应及区域综合生态效应的主要研究方法和技术手段进行总结。结果表明,在观测和试验基础上,抽象出数理模型对土地变化的生态效应进行模拟以及定量评价是主要研究方法;借助于多时空尺度模型,土地变化的大气、水文效应研究已经相当深入,但区域综合生态效应的研究还比较薄弱,主要以影响评价为主;建立多元素耦合、多尺度集成的机理模型和综合定量评价是今后发展的重要方向。     

我国水循环的生物学过程研究进展

作为IGBP核心计划之一的水循环与生物圈相互作用(BAHC)研究一直是国际学术研究的前沿性热点课题。本文从森林水文生态、山坡水文学、防护林水土保持效益、水生生态系统净化作用等方面,综述了我国在水循环与生物圈相互作用研究方面的进展。并指出了从水循环的生物过程来分析我国的水资源安全、西部地区的生态环境建设和经济开发战略问题,探讨东西部协调发展模式和生态系统与水资源管理方略时必须解决的有关科学问题。     

岩溶地区人类活动的水文效应研究现状及展望

在全球气候变化背景下,加之岩溶生态系统的脆弱性及敏感性,地表水与地下水交换迅速,岩溶水动力系统对人类活动及其造成的生态环境变化反馈敏感。岩溶地区人类活动导致的植被退化、石漠化等环境问题已对岩溶地区的水文水循环过程造成了严重影响,水资源问题已成为岩溶地区发展的重要限制因素。本文在对岩溶生态系统及水文环境特性分析的基础上,从土地利用变化的水文效应,人类活动对降水—径流的影响、岩溶水资源的开发利用、岩溶地下水污染及水文模型在岩溶地区的应用等方面,概述了岩溶地区人类活动水文效应的相关研究现状与不足,总结了未来岩溶地区人类活动水文效应的5个研究趋势,并探讨了研究中的重点及难点问题。     

水文系统模拟不确定性研究进展

从水文系统模拟的基本特点出发,分析了水文模拟中广泛存在的不确定性的来源,对与水文系统模拟不确定性相关的研究进展进行了分类回顾,并介绍了贝叶斯概率水文预报理论的一般流程。研究回顾表明,数理统计是定量描述水文不确定性的有利工具。其次,完善水文机理研究,提高降水及下垫面相关参数的观测水平,以及提高降水预报的精度、概率水文算法的效率和精度是进一步减少水文模拟的不确定性的发展方向。     

湿地水文学研究进展及科学前沿问题

湿地水文过程控制湿地的形成与演化,湿地水文情势制约着湿地环境的生物、物理和化学特征,从而影响到湿地类型分异、湿地结构与功能,湿地水文研究是认识湿地生态系统的结构、过程与功能的主要内容。湿地水文情势分析涉及湿地的降雨-径流、湿地蒸散发、湿地地下水运移等主要过程。湿地水循环及水量平衡是湿地水文情势和过程研究的综合,关系到湿地水文循环过程的各个方面。湿地水文过程、边际效应和参数特征及对不同尺度水周期的响应与功能差异等是现代湿地水文研究的重要科学问题。     

西北内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式解析

持续的强人类活动大大改变了流域水循环演变的结构、路径和驱动力,后者又反过来影响着人类生存发展的水安全。日益深入的市场经济使人类活动对水循环的影响从一个流域扩展到流域之外更宽广的区域范围,以产品贸易为纽带的水“流动”已成为驱动区域水循环演变与影响区域水安全的重要内在因素。以流域为单元的传统水循环研究,难以揭示不同区域之间的水循环联系、双向回馈机制与协同进化机理。本文从西北内陆河流域长期大量输出高耗水农产品这一现象分析入手,采用理论解析与案例相结合方法,阐述分析内陆河流域自然水循环、“自然—社会”二元水循环、区域间贸易水循环的基本过程、显著特征及其驱动机制,继而首次明确提出内陆河流域“自然—社会—贸易”三元水循环模式,并就其通量计量模型、影响因素与生态环境效应、科学前沿进行了探索分析,以便未来西北内陆河水循环、水文水资源等研究能更多重视对驱动内陆河流域水循环的外部力量及其双向互馈、协同进化的分析,更新内陆河流域水安全、生态安全的思考范式。     

Isotope hydrograph separation in alpine catchments: a review

Isotope hydrograph separation (IHS) is a basic tool in applied hydrology. Its application has expanded to surface water and groundwater interaction, and eco-hydrological processes from runoff generation processes. This paper reviews the progress made in IHS for alpine catchments, with emphasis on its significance in reflecting the impact of global change on water resources. Also, the principle of IHS and its uncertainties are explained in detail. The mechanism of variation of stable isotopes in snow-melt water is discussed, and then methods are presented to improve the separation during snow-melt such as volume weighted average method (VWA), current melt-water method (CMW) and runoff-corrected event water approach (RunCE), with their advantages and disadvantages explained. New approaches may extend the applications of IHS, for example, large basin studies combined with GIS, and develop new theories of runoff generation combined with other parameters such as deuterium excess and DOC     

社会经济系统水循环研究进展

水循环包括自然水循环和社会经济水循环两个方面。社会经济系统水循环指社会经济系统对水资源的开发利用及各种人类活动对水循环的影响。对目前国际国内关于社会经济水循环关注的主要问题 (水资源安全、水资源社会经济研究、人类活动对水循环的影响、水环境、水资源可持续管理和综合管理) 及其进展进行了评述。水资源安全的主要对策已由增加供给转变为水资源需求管理。增加社会参与和明晰水权是水资源管理体制改革的方向。水价在水资源管理中的重要作用得到越来越多的重视。水资源可持续管理和综合管理正逐步落实。水资源需求管理机制、水权水价等水资源管理制度设计、作为可持续水资源管理基础的生态需水问题和环境变化对水资源的影响,将是未来社会经济系统水循环研究的焦点。