黄河流域坡高地系统最小生态需水研究

以保护和恢复流域坡高地生态系统为目的，对坡高地最小生态需水问题进行研究，提出了坡高地生态需水和生态缺水的计算方法。以黄河流域为实例，在GIS和遥感技术支持下对坡高地最小生态需水量和缺水量进行了计算，并从时空两个尺度揭示了黄河流域坡高地生态系统最小生态需水的变化规律，研究成果可为流域生态环境建设和水资源合理配置提供依据。     

辽河流域生态需水估算

从辽河流域存在的环境问题出发,在确定主要生态需水类型的基础上,基于水资源分区,分别估算各水资源分区的不同类型的生态需水,包括枯季河道生态需水、汛期输沙需水、入海需水、地下水恢复需补充的水量、河口湿地生态需水等。针对辽河流域季节性河流的特点,提出了枯水季节最小流量法的枯季河道生态需水计算方法。计算结果表明,辽河流域生态需水总量为130.44×10⁸m³,占地表径流的48.3%,其中浑太河、东辽河2个水资源分区的生态需水量占地表径流的比例在60%以上,辽河干流生态需水量占地表径流的53.5%,其余水资源分区生态需水量占地表径流的比例均在50%以下。研究结果为流域水资源配置及水环境保护与恢复提供科学依据。     

基于GIS的区域植被-土壤生态系统需水定量测评——以陕北延安地区为例

根据延安地区各气象站点连续30年的气象资料和各土肥站点连续10年的土壤含水实测资料,通过经验模型、实地观测和GIS空间分析相结合的方法,提出了干旱半干旱地区植被-土壤复合系统的最小生态需水量、适宜生态需水量和饱和生态需水量三种阈值模式的较为准确的计算方法,并从时空角度定量分析评价区域生态需水量和生态缺水量。结果表明,延安地区植被-土壤复合系统的年最小生态需水量为216.185亿m³,对应的年生态缺水量为23.556亿m³;重度生态缺水的景观类型有针阔混交林-壤土、针叶林-壤土和落阔叶林-粘壤土等,水量供需基本平衡的景观类型有灌草丛-粘壤土、灌丛林-粘壤土和草原-砂壤土等,轻度生态富水的景观类型有农作物-粘壤土、农作物-砂壤土和农作物-砂砾质壤土等;生态缺水较为明显的区域主要位于延安西南部和中部的黄土梁状丘陵沟谷区,时段集中在每年的夏秋两季。     

海滦河流域河流系统生态环境需水量计算

从水资源开发利用中的生态环境问题出发 ,探讨河流系统生态环境需水量的内涵。指出生态环境需水量是指地表水体维持特定的生态环境功能所必须蓄存和消耗的最小水量。在这一概念的基础上 ,构建计算河流系统生态环境需水量的理论基础。以海滦河流域为例 ,分三部分(即河流基本生态环境需水量、河流输沙排盐水量和湖泊洼地生态环境需水量 )概算了区域河流系统的生态环境需水量。计算结果表明海滦河流域生态需水量为 1 2 4× 1 0 8m3 ,约占流域地表径流总量的 54%。认为海滦河流域水资源开发率超过 40 %时 ,就会对生态环境造成严重影响。     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

基于RS的新疆哈密地区生态环境需水分析

干旱半干旱地区水资源缺乏,准确地计算区域生态环境用水和生态环境需水,可以对稀缺水资源进行合理调配,同时起到生态保护的作用。研究过程主要分为两个步骤:(1)采用RS技术,对新疆哈密地区1990年、2000年、2005年中巴资源一号卫星(China Brazil Earth Resources Sat-ellite)数据进行解译,形成1990年、2000年、2005年哈密地区土地覆被图形数据和相应的属性数据,确定相应年份各景观类型的面积;(2)参考有关研究并结合哈密地区实际情况,确定各景观类型的单位生态用水定额和需水定额,进而计算出1990年、2000年、2005年哈密地区的生态用水量,并以2005年哈密地区生态用水量为主要依据计算出保持哈密地区生态环境现状的生态需水量。研究结果表明,为了实现哈密地区生态环境整体保持在现状水平不致恶化、局部区域生态环境(巴里坤湖区)有所改善的生态治理目标,区域内生态环境需水总量为7.526×109m3,这一庞大的需水量将对该地区水资源配置造成巨大的压力;而当结合各类景观的地物空间位置特征进行分析时,发现该区域生态用(需)水量最大的景观(低覆盖草地)可以利用山地积雪融水进行自给,区域内实际需要规划配置的生态环境需水量为2.66×108m3,仅占区域生态环境需水总量的3.53%。在区域生态用(需)水计算过程中应考虑各种景观类型的生态用(需)水量的时空差异性,以保证水资源调配的科学与合理。     

挠力河流域水稻生育期水分供需特征研究

基于MODIS遥感序列数据、常规气象数据、水稻生育期资料,利用区域遥感蒸散模型和水分盈亏评价模型,从栅格尺度揭示挠力河流域水稻生育期水分供需特征及水分盈亏状况。研究发现：① 全生育期的需水均值和降水均值分别为673.88 mm和291.81 mm,且各生育期的水分供需态势存在较大差异。中期的有效降水量与需水量分别占全生育期的42.25%和48.35%,而成熟期的有效降水量与需水量均偏低;② 水稻的缺水均值达到382.08 mm,空间上呈西、西北高而东、南、北端偏低的特点。全生育期和初期以轻度干旱为主,中期中度干旱区面积增加了10.68%,方向性极化特征突出,至成熟期缺水态势愈加严峻;③ 应依据不同生育期的水分供需特点来差别化灌溉水稻,对于中期和成熟期而言,应分别保证流域西北部和东南端的水稻用水需求。     

基于能值-生态足迹模型的辽河流域生态安全演变趋势

鉴于生态经济系统的开放性特征,在全面分析生态系统的能量流、物质流的基础上构建了能值-生态足迹模型。采用区域能值密度计算辽河流域15个城市2001—2012年间生态承载力与生态足迹的变化,并且借助GIS技术平台探索流域内生态安全及生态赤字时空演变趋势。12年来辽河流域生态承载力和生态足迹均有所增加,但是生态足迹的增长速度远远大于生态承载力,致使流域内除2001与2009年略有生态盈余外,其余年份均出现生态赤字;生态压力指数虽在波动下降,但整体指数值仍大于1,辽河流域生态安全状况不容乐观;与东辽河地区和西辽河地区相比,辽河中下游地区生态环境状况较差,大部分地区生态安全形势严峻,并且长期出现生态赤字。     

黄土高原小流域土壤养分的空间分布格局-Kriging插值分析

本文应用Kriging空间内插法,分析了黄土高原大南沟流域土壤有机质以及全N、全P、有效N和有效P等4种养分含量的空间分布格局。结果表明:土壤有机质呈现出坡上部低于坡下部的规律,其含量低于05%所占的面积最大,以耕地分布的区域为主,较高含量(06～08%)则分布在农果间作地和林地的区域;土壤全N的分布格局与土壤有机质具有相似性,只是坡下部的全N含量高于坡上部的趋势较为明显;土壤全P含量相差较小为138%,不同全P含量的空间分布面积基本相等;有效N和有效P并未表现出土地利用和景观位置控制的分布格局,有效P的空间分布较有效N更为复杂。     

流域尺度生态需水的估算模型与应用--以克里雅河流域为例

以我国西部典型干旱区新疆南部的克里雅河流域为研究区,通过分析各生态系统需水的结构特征,估算了生态需水的规模,讨论了生态需水的供需平衡问题。研究发现,全流域生态需水总量约为6.93×10⁹m³/a,平均每公顷植被的最小生态需水为413.9m³/a。在各植被类型中,沼泽地耗水、草地耗水、林地耗水分别约占植被总生态需水量的47.6%、43.4%与9.0%,由此可见,沼泽地和草地耗水是该流域植被生态需水的主体。研究结论对于制定水土资源开发利用规划,保障当地水资源的良性循环,实现水资源的可持续利用,恢复和重建生态环境,具有重要的参考价值。     

生态需水研究:以东辽河流域坡面系统为例

The ecological water demand (EWD) is the least water amount required to maintain the structure and the function of the special eco-system and the temporal scale of a study on the EWD must be a season‘s time. Based on GIS and RS with the source information of hydrological data of 46 hydrological gauges covering 52 years and the digital images of Landsat TM in 1986, 1996 and 2000, the landscape patterns, precipitation and runoff in the East Liaohe River Basin were analyzed. With the result of the above analysis, the spatial and temporal changes of the ecological water demand in the slope systems (EWDSS) of the East Liaohe River Basin (ELRB) were derived. Landscapes in the ELRB are dispersed and strongly disturbed by human actions. The hydrological regime in ELRB has distinct spatial variations. The average annual EWDSS in the ELRB is 504.72 mm (324.08-618.89 mm), and the average EWDSS in the growth season (from May to September) is 88.29% of the year‘s total EWDSS .The ultimate guaranteeing ratio of the EWDSS in ELRB is 90%. The scarce EWDSS area in the whole year and in the growth season are 60.47% and 74.01% of the entire basin respectively. The trend of scarce EWDSS area is most serious according to the quantity and area of scarce EWDSS regions.     

Ecological water demand: the case of the slope systems in the East Liaohe River Basin

The ecological water demand (EWD) is the least water amount required to maintain the structure and the function of the special eco-system and the temporal scale of a study on the EWD must be a season's time. Based on GIS and RS with the source information of hydrological data of 46 hydrological gauges covering 52 years and the digital images of Landsat TM in 1986, 1996 and 2000, the landscape patterns, precipitation and runoff in the East Liaohe River Basin were analyzed. With the result of the above analysis, the spatial and temporal changes of the ecological water demand in the slope systems (EWDSS) of the East Liaohe River Basin (ELRB) were derived. Landscapes in the ELRB are dispersed and strongly disturbed by human actions. The hydrological regime in ELRB has distinct spatial variations. The average annual EWDSS in the ELRB is 504.72 mm (324.08-618.89 mm), and the average EWDSS in the growth season (from May to September) is 88.29% of the year's total EWDSS .The ultimate guaranteeing ratio of the EWDSS in ELRB is 90%. The scarce EWDSS area in the whole year and in the growth season are 60.47% and 74.01% of the entire basin respectively. The trend of scarce EWDSS area is most serious according to the quantity and area of scarce EWDSS regions.     

西辽河流域历史早期的文化景观格局

考古发现表明 ,西辽河流域自历史早期以来 ,先后演绎了多期文化 ,文明一直延续至今。本文根据大量的野外考古调查资料 ,在典型考古遗址、教来河流域、敖汉旗三个空间尺度上建立了本区历史早期文化景观的DEM模型 ,分析了赤峰全境历史早期文化遗址点的水平分布格局 ,从四个不同的空间尺度探讨了西辽河流域历史早期文化景观的演变过程 ,概括出本区历史时期文化景观垂向变迁和水平变迁两种模式 ,为进一步深入研究本区人地系统的相互作用机制提供了基础。     

“一带一路”背景下博多河流域景观格局变化及生态风险评价研究

“一带一路”沿线国家的生态风险研究有利于区域可持续发展,充分发挥对外辐射的作用,促进国家间经济流动、贸易畅通,实现共同繁荣。以孟加拉国博多河流域为例,选取1980—2017年期间的5期遥感影像,基于景观格局指数建立生态风险模型,综合运用空间自相关分析法、地统计学分析法、重心转移法等方法,研究流域景观格局变化特征以及生态风险演变规律。结果表明：（1）1980—2017年流域内景观类型主要是林地和耕地,且景观格局变化显著,耕地和湿地面积减少,林地、建设用地和未利用地面积增加;（2）1980年以来,流域生态风险整体呈下降趋势,但各类风险转化显著,除低风险区面积减少之外,其余风险区均存在不同程度的增加,各期流域生态风险重心均位于锡拉杰甘杰县,主要在流域中部沿南北方向发生偏移;（3）流域内各期的生态风险在空间上呈显著正相关关系,“高-高”集聚基本稳定,主要分布在博多河及其沿岸;“低-低”集聚变化显著,由博多河下游先向上游及流域西南部变化,后逐渐向流域西部和南部聚拢。研究结果为构建流域生态安全格局及进行生态风险预警工作等提供科学依据和理论支撑。     

SWIM水文模型的DEM尺度效应

数字高程模型(DEM)极大地促进了分布式流域水文模型的快速发展。本文引入SWIM水文模型,以淮河上游长台关地区为研究区,将15种不同分辨率DEM数据输入水文模型,分析DEM分辨率对径流模拟的影响,并探讨最佳DEM分辨率选取及DEM分辨率对流域地形参数与径流模拟影响等问题。研究表明:(1)研究区水文模拟效果较理想DEM分辨率在90～120m之间,采用栅格面积与流域面积比值(G/A)小于0.05和"thousandmillion"经验公式作为DEM选取参考等均适用;(2)DEM分辨率下降,水文模拟纳希效率系数呈波动下降,分辨率超过250m后,虽纳希效率系数有所提高,但此时DEM已不能刻画真实流域特征从而造成假象;(3)15种分辨率DEM在水文极端事件模拟上差异较大,高纳希效率系数时不能较好地反映水文极端事件,尤其是峰值,而在枯水期15种DEM水文模拟效果均较好,DEM分辨率降低导致水文模型对降水等反应敏感。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

考虑水文趋势影响的珠江流域非一致性洪水风险分析

本文基于两参数对数正态分布和指数趋势模型建立了非一致性洪水频率计算模型,分析了珠江流域28个测站年最大日流量序列趋势性对洪水频率分析的影响。结果表明：（1）从空间分布来看,珠江流域中北部年最大日流量序列呈增加趋势,东部和南部年最大日流量序列呈减小趋势;从时间变化来看,1981-2010年年最大日流量呈显著性增加趋势的站点数较多,占总站点数的20-25%,1966-1990年年最大日流量呈显著性减小趋势的站点数较多,占总站数的25-30%;（2）珠江流域洪水放大因子(未来T年一遇设计流量与现在T年一遇设计流量比值)和重现期都受到趋势性的显著影响。西江中北部和北江洪水放大因子大于1,意味着原有的防洪工程设计标准可能无法满足未来防洪需求,存在防洪隐患;洪水放大因子较大和较小的地区集中在西江干流和东江干流;（3）非一致性条件下,同一场洪水过去、现在和未来重现期是不同的。非平稳性条件下,珠江流域近20年来20-50年一遇洪水发生站次相比平稳性条件下在减小。     

基于SWAT模型的森林分布不连续流域水源涵养量多时间尺度分析

为解决森林分布不连续流域森林水源涵养功能及其多时间尺度特征的定量评价问题,根据分布式水文模型（SWAT）的特点,提出了反映森林斑块空间分布的水文响应单元划分方法,以及基于水量平衡法的森林不连续分布流域森林水源涵养量计算公式。以东南沿海的晋江流域为例,构建了2006年土地利用条件下的日时间步长SWAT模型,统计分析了2002—2010年降水条件下森林水源涵养量的时空变化规律。结果表明：① 构建的晋江流域SWAT模型精度较高,面积阈值为零生成的水文响应单元比较准确地反映流域森林斑块分布,提出的森林水源涵养量计算公式适用于森林空间分布不连续流域森林水源涵养量的多时间尺度分析,为流域森林水源涵养功能评价提供了一个新的方法。② 晋江流域森林水源年涵养量271.41~565.25 mm;月涵养量-29.15~154.59 mm;日尺度的极端降水期皆为正值,极端枯水期都为负值。表明年际之间不存在森林水源涵养的蓄丰补枯调节作用,但在年内的部分月份得到体现,而日尺度的森林蓄丰补枯功能充分发挥。从而揭示了不同时间尺度森林水源涵养量及其蓄丰补枯功能的差异。