不同情景下干旱区尾闾湖泊生态水位与需水研究——以黑河下游东居延海为例

水位作为湖泊重要的水文要素之一,在反映湖泊水量变化,指示湖泊湿地生态环境状况等方面都有重要的生态意义。选取黑河下游尾闾湖东居延海为研究区域,采用湖泊形态学法对湖泊最小生态水面和最低生态水位进行了研究。依据水量平衡原理,结合已有研究对不同情景下的生态需水量进行了估算。最后结合黑河输水河道耗水规律,提出不同情景（水文频率）下各水文断面需下泄水量。研究结果对于干旱区流域湖泊湿地的保护和水资源的合理利用都有重要意义,同时也为黑河流域生态输水工程的实施提供现实的科学依据。     

黑河流域莺落峡站河道内生态需水研究

生态需水是当前水问题研究中的一个热点问题, 对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区来说, 这一研究尤为紧迫。气候变化及人类活动导致水文变异, 进而改变了当地生态系统的水文及生态平衡状况。文章采用黑河流域莺落峡站1947-2006 年月径流序列资料, 运用差积曲线-秩检验联合法来识别水文过程变异点并分析变异成因, 然后对各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数, 求出概率密度最大流量, 将其视为相应月河道内生态流量, 可以得到黑河莺落峡站河道内生态需水情况。结果表明, 基于水文变异情况分析河道内生态需水的计算方法在黑河上游是可行的;水文变异前后, 站点满足生态需水频率会发生显著变化, 因气候原因而导致的径流量变化是很难避免的, 科学合理计算生态需水对干旱区河流生态管理和经济社会可持续发展有重要作用和意义。     

不同补水条件下黄河三角洲湿地恢复情景模拟

针对黄河三角洲湿地退化现状,设计了三种湿地修复水量预案。利用水文模型SOBEK和地下水模型Visual Modflow对不同补水预案下湿地水文过程进行模拟,将水文模拟结果与湿地立地条件、植被条件在景观决策支持模型LEDESS框架下进行集成,对三种补水预案下湿地修复情景进行模拟和评价。研究表明,对黄河三角洲湿地的恢复,根据区域湿地条件差异,其恢复目标及所需要的适宜水量也有所不同。一千二管理区宜采用最大引水预案,提高涉禽鸟类的生境适宜性;黄河口管理区宜采用最小水量预案,同时应降低生境干扰以改善栖息地质量;对于大汶流管理区,中等水量对于涉禽类和游禽类的生境都有较大改善。本研究将水文过程与景观过程进行集成,利用情景模拟方法,为湿地恢复决策提供一种新的尝试。     

人工湿地水力学特性研究及进展

人工湿地水力学特性研究的意义在于揭示湿地处理污水的内在机理,了解人工湿地水流流态和污染物降解行为等错综复杂的反应过程,可对湿地的设计、运行和出水水质预测做出完全准确的计算和评价。人工湿地水力学特性研究内容包括水力停留时间、水力传导率、容水量、水量流态等因素,研究方法为采取示踪剂试验,常用的示踪剂为NaCl、红色玫瑰精染料(RWT)及同位素。研究植物对湿地水力学特性的影响是当前的研究热点之一。     

Comparative analysis of channel processes on mountain,semi-mountain and plain rivers

The mechanisms and the specific character of flow-channel interaction and sediment transport that constitute the essence of river channel processes, vary over a wide range according to the flow rate of the rivers, their water regime, flow kinematics, the value of longitudinal gradient, and to the grain size and runoff of riverbed-forming sediments. Furthermore, the longitudinal gradient of a river is as important an energy characteristic as is the water flow rate, coupled with it, determines the capacity and character of a stream. Therefore the hydrological regime, varying over a wide range according to the longitudinal gradient, produces a variety of transport conditions for riverbed-forming sediments and – through them – the form of manifestation of channel processes.     

黄河三角洲刁口河流路湿地恢复遥感监测与评价

利用卫星遥感技术对生态调水及湿地恢复进行实时动态监测, 不仅可以及时掌握宏观地表的快速变化, 还可以为长期的区域生态效应评价提供支持。基于国产自主环境一号小卫星遥感数据, 对2010 年黄河三角洲生态调水暨刁口河流路恢复过水试验进行动态监测和初步评价。研究表明, 刁口河流路恢复过水后, 原废弃河道过流条件得到提高, 部分被开发利用的河滩地得到恢复, 水文条件好转, 河流水面面积总体上增加了526 hm², 有利于河道生态条件的改善。通过对湿地引水修复, 自然保护区试验区块共有437 hm²的退化湿地得到了较大程度的改善。同时, 湿地景观多样性提高, 对维持区域景观多样性、改善鸟类栖息地质量具有重要意义。研究结果表明, 国产环境一号卫星遥感数据能提供丰富的地面信息, 其数据具有较高的时间分辨率, 可以作为中国湿地调查和监测的重要数据源。考虑到大尺度调水和湿地恢复对区域生态环境的影响是一个长期的过程, 今后应进一步挖掘环境一号卫星现有波段的光谱信息, 对湿地恢复进行长期跟踪监测, 为湿地恢复生态效应综合评估提供技术支撑。     

流域水环境过程综合模拟研究进展

以流域为单元开展水环境多要素、多尺度过程的综合模拟已成为了自然地理学重要研究方向。水环境过程综合模拟模型可定量解析流域系统水环境变化,是流域水环境研究与管理的重要工具。论文围绕流域水环境过程模拟的发展历程和最新进展,梳理总结了流域非点源污染过程和河湖等受纳水体水环境过程模拟的理论方法和模型软件;面向模拟不确定性问题讨论了模型选择、开发与集成、率定验证等流域水环境过程综合模拟建模的关键环节;结合最新的研究进展及相关学科新方法新技术的发展,建议后续研究关注流域自然和人文多过程综合集成模拟(包括流域系统人与水环境耦合模拟、多过程综合集成模拟)以及新方法新技术应用(包括数据同化理论方法创新与应用、高性能计算技术和人工智能技术)。     

Changing water regime and adaptation strategies in Upper Mustang Valley of Upper Kaligandaki Basin in Nepal

Recent climate change has brought changes to the water regime that has affected the traditional agro-pastoral production systems and livelihoods in the Upper Kaligandaki Basin of the Nepal Himalayas. Based on fieldwork and available meteorological and hydrological data, this paper examines the changing water regime and various adaptation strategies that local farmers have adopted in this cold arid region. Increasing temperature and decreasing rainfall and snowfall have resulted in a negative water balance. In this scenario, farmers have implemented six major adaptive strategies in the trans-Himalayan Upper Mustang Valley.     

库姆塔格沙漠东南缘季节性河流(洪沟)水文监测与分析

季节性河流是干旱区不同生态系间物种扩散交流的重要通道,也是维持干旱区生物多样性与生态系统稳定性的重要因子,但我国有关季节性河流水文生态学的研究一直相对滞后,且有关季节性河流水文长期动态的研究报道较少。以库姆塔格沙漠东南缘季节性河流-多坝沟为研究对象,利用自动水位计与人工调查相结合的方法,研究了洪沟内部的长期水文动态特征。研究显示：多坝沟洪水集中在6~9月份,降水是洪水的唯一驱动力。洪水频率、流量与降水季节、降水量、降水强度等因子密切相关。任何时间,单次降水量低于5 mm时,降水无法形成明显的洪水过程;春季单次降水低于16 mm或夏季单次降水低于10 mm时,最大洪水流量均不超过0.3 m³·s^-1。在没有洪水发生时,春秋季节泉水径流量表现为陡涨缓落,而夏季呈现陡落缓涨。该研究不仅为干旱区季节性河流水文监测提供了可行有效的方法,同时为进一步研究库姆塔格沙漠周边的生态水文过程、水资源管理利用及植物生存演化提供了数据支撑。     

缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析

生态输水与农业节水是实现内陆干旱流域可持续发展的重要手段,连续水文观测资料的缺乏制约了生态输水与农业节水效益评价。为此,以中国甘肃敦煌疏勒河流域下游为例,基于遥感水文站与谷歌地球引擎进行2016—2020年月尺度的生态输水遥感监测,在此基础上结合蒸散发和土地覆盖类型等多源遥感数据评价生态输水与农业节水效益,分析两者之间在水资源方面的平衡关系。结果表明：（1） 遥感水文站与谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）能够为生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供可靠的数据支撑。（2） 2017—2020年生态输水能够为下游湿地与河道平均每年提供2.50×10⁸ m³生态用水,其中30.06%的水量到达下游湿地,18.47%的水量被下游河道周边的植被所利用,且使下游河道周边植被面积增加112.25 km²。（3） 农业节水在保持耕地面积维持上升趋势的前提下,2017—2020年平均每年降低耕地的蒸散发量0.395×10⁸ m³;耕地蒸散发减少量平均占生态输水量的14.22%,农业节水有效缓解了内陆干旱流域农业用水挤占生态用水的问题。本文将为内陆干旱缺测站流域的生态输水遥感监测与农业节水效益评价提供新的思路,以期为未来的生态输水与农业节水工程的实施提供理论支撑。     

Quantifying local flow direction uncertainty

Absolute elevation error in digital elevation models (DEMs) can be within acceptable National Map Accuracy standards, but still have dramatic impacts on field-level estimates of surface water flow direction, particularly in level regions. We introduce and evaluate a new method for quantifying uncertainty in flow direction rasters derived from DEMs. The method utilizes flow direction values derived from finer resolution digital elevation data to estimate uncertainty, on a cell-by-cell basis, in flow directions derived from coarser digital elevation data. The result is a quantification and spatial distribution of flow direction uncertainty at both local and regional scales. We present an implementation of the method using a 10-m DEM and a reference 1-m lidar DEM. The method contributes to scientific understanding of DEM uncertainty propagation and modeling and can inform hydrological analyses in engineering, agriculture, and other disciplines that rely on simulations of surface water flow.     

长江对鄱阳湖退水期洲滩出露特征的影响

采用具有物理机制的二维水动力模型MIKE 21,基于2006 年长江枯水与1953―2000 年长江平均来水条件（平均条件）2 种情景,模拟比较2 种情景下鄱阳湖退水期（7―12 月）洲滩出露过程,阐释长江来水变化对鄱阳湖洲滩出露特征的影响。结果表明：2006 年长江来水减少导致鄱阳湖洲滩出露开始时间提前,与平均条件相比提前1 个月;洲滩出露50%面积仅历时约0.5 个月,比平均条件缩短约1.5 个月;长江枯水对鄱阳湖洲滩出露分布影响最显著的时段为8―11 月,8 月上旬洲滩增加的出露面积主要分布在赣江入湖三角洲和东部湖湾,而8月中旬―11 月末增加的出露面积主要分布在中部开敞湖区和北部入江通道洲滩;长江枯水对鄱阳湖中北部洲滩出露天数的影响大于南部湖区,对修水和赣江北支入湖三角洲的影响大于赣江中支和南支入湖三角洲,对鄱阳湖国家级自然保护区的影响明显大于南矶山自然保护区;长江来水变化还显著影响洲滩出露速率,2006 年长江水情下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（8 月初―10 月中旬）期间的平均出露速率（25 km²/d）,与平均条件下洲滩自开始出露至到达最大出露面积（9 月初―12 月末）期间的平均出露速率（14.5 km²/d）相比增大了72%。     

东北屯人工湿地污水处理系统的设计与应用

从人工湿地规划设计的角度出发,依据地表水环境质量标准,以现有废弃渠道、坑塘为基础,通过开挖回填、调坡整治、基础压实等措施,建立了衡水市故城县郑口镇东北屯人工湿地污水处理系统。该系统包括前池、沉淀池、垂直流湿地、生态塘湿地、表面流湿地和蓄水池。探讨了人工湿地渗滤处理系统的主要设计参数;采用Freundlich公式、Kikuth公式和有关经验公式,分析了渗滤系统对污水生化需氧量、总氮、总磷的处理效果;研究了处理系统中垂直流、生态塘渗流和表面流的污染物去除率;针对水质、水量和环境温度3个主要因素进行了敏感性分析,给出了渗滤系统敏感性分析结果,并与湿地去污实验结果进行了比较,变化趋势基本一致。研究结果表明:①人工湿地规划设计应进行敏感性分析,以便更好地制定系统的控制运行预案;②湿地出水口高度应能够调节,以便控制湿地床体的"饱和"状态,充分发挥湿地渗滤、微生物的作用;③北方人工湿地的去污效果,受季节性影响较大,应采取塑料大棚或秸秆覆盖进行保温,在冬季,塑料大棚能够使湿地温度维持在13.3℃以上,日照时间基本不减少,湿地植物可正常生长;④当进水的生化需氧量浓度超过75mg/L时,应减小进水负荷,控制污染物总量在湿地高效处理范围内;⑤当日污水处理量超过3000m3/d时,应提高集污渠、前池、沉淀池的临时蓄存水位。     

全球变暖与湿地生态系统的研究进展

湿地作为一种独特的生态系统是各种主要温室气体的“源”与“汇”,因而在全球气候变化中有着特殊的地位与作用。另一方面,全球气候变化又有可能对湿地生态系统的面积、分布、结构、功能等造成巨大的影响,并有可能引起温室气体的源汇转化,从而对气候系统形成反馈。本文综述了国内外这两个方面的研究进展,指出了近期全球变化与湿地生态系统研究的重点方向和领域     

气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流的影响

白洋淀是华北平原最大的湖泊湿地,对维持华北平原生态平衡具有极其重要的作用。近年来,白洋淀流域水源减少已经引起了严重的生态环境问题,本文以唐河上游流域为例,根据流域内1960-2008 年水文气象数据,采用气候弹性系数和水文模拟方法,研究了气候变化和人类活动对白洋淀上游水源区径流量的影响。结果表明：年径流下降趋势显著,下降速率为1.7 mm/a,且径流在1980 年前后发生了突变;气候变化对唐河上游流域径流减少的贡献率为38%~40%,人类活动对径流的减少起主导作用,为60%~62%。为维持白洋淀的生态功能,必须保证一定的最小生态需水量,开展湿地生态用水调度与监管。     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

山东寿光滨海国家湿地公园湿地保护与恢复措施和工程探析

山东寿光滨海国家湿地公园中,湿地类型多样,动植物资源丰富,珍稀濒危物种和特有种多,具有很高的保护价值.该湿地公园中的湿地为典型的人工湿地,在经历了人类活动的高强度干扰后,人工湿地明显退化,亟需通过生态技术或生态工程对退化的湿地进行恢复和保护.通过分析区域现有湿地水文、水质条件以及湿地类型、资源现状和目标保护物种分布,综合考虑水源地,以湿地资源有效保护为根本出发点,运用生态保护规划的理论和方法,通过水系贯通、湿地功能恢复、水质和动植物生境改善等一系列生态重点工程和措施,优化该湿地公园的湿地生态环境,使该公园的湿地充分发挥它的多种功能,为该公园的湿地保护与恢复规划提供科学依据.     

气候变化和人类活动对白洋淀水源区径流的影响(英文)

As the largest wetland in the North China Plain(NCP),the Baiyangdian Lake plays an important role in maintaining water balance and ecological health of NCP.In the past few decades,the decreasing streamflow in the Baiyangdian Basin associated with climate variability and human activities has caused a series of water and eco-environmental issues.In this study,we quantified the impacts of climate variability and human activities on streamflow in the water source area of the Baiyangdian Lake,based on analyses of hydrologic changes of the upper Tanghe river catchment(a sub-basin of the Baiyangdian Basin) from 1960 to 2008.Climate elasticity method and hydrological modeling method were used to distinguish the effects of climate variability and human activities.The results showed that the annual streamflow decreased significantly(P>0.05) by 1.7 mm/a and an abrupt change was identified around the year 1980.The quantification results indicated that climate variations accounted for 38%-40% of decreased streamflow,while human activities accounted for 60%-62%.Therefore,the effect of human activities played a dominant role on the decline of the streamflow in the water source area of the Baiyangdian Lake.To keep the ecosystem health of the Baiyangdian Lake,we suggest that minimum ecological water demand and integrated watershed management should be guaranteed in the future.     

Spatial distribution patterns of wetland plants in relation to environmental gradient in the Honghe National Nature Reserve, Northeast China

Quantifying correlation between the spatial patterns of natural wetland plants and environmental gradient gives better understanding of wetland habitats, which is the fundamental for the strategy making on the protection and restoration of natural wetlands. In this study, the spatial patterns of wetland plants and the environmental gradient of wetland habitats were assessed in the Honghe National Nature Reserve (HNNR) in Northeast China, a wetland of international importance on the Ramsar list. Biophysical parameters' values of wetland plants were obtained by field sampling methods, and wetland mapping at the community scale was completed using remote sensing techniques. Digital delineation of the surface water system, hydrological zoning and wetness index were produced by spatial analysis methods in Geographic Information System. An ecological ordination method and two clustering methods were used to quantify the relationship between the spatial distribution patterns of wetland plants and the corresponding environmental gradients. Such quantitative analyses also present the specific diversity of different types of wetland plants based on the environmental attributes of their habitats. With the support from modern geo-information techniques, the experimental results indicate how four ecotypes of wetland plants spatially transit from forest swamp, shrub wetland and meadow into marsh wetland with increasing wetness index and water table. And they also show how wetland spatial distribution patterns are controlled by an environmental gradient of wetness. Another key finding of this research work is that our results present the exact fundamental differences between marsh and non-marsh plants of 11 wetland plant communities within the core study area. Hence, this case study gives a good sample for better understanding of the complex correlation between the spatial patterns of wetland plants and their environmental attributes using advanced digital analysis methods. It is also useful to show how to integrate geoinformatic techniques with statistical analysis methods based on the field data base.