用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

1 Introduction With a long term of increasing water demand by industry, agriculture and domestic use along the rivers since the 20th century all over the world, the contradiction between the rational water use and water (ecological) environmental protect…     

用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较

从湿周-流量曲线临界点的两种不同确定准则入手,分析湿周法推求河道内最小生态需水量 (minimum ecological instream flow requirements, 简称MEIFR) 的不确定性。假设河道呈三角形断面和均匀流,得到湿周法的解析解表达式。表达式显示斜率法 (曲线上斜率为1) 和曲率法 (曲线上曲率最大) 二者所得的MEIFR结果迥异。当斜率法取斜率为0.39时,其相应的流量与曲率法结果一致。MEIFR对斜率临界值非常敏感,斜率法中的斜率临界值难以确定,相比而言,曲率法更可靠。这用近似具有三角形断面的南水北调西线一期工程调水区流域的实际数据得到证实。根据我们在该区实地观测和收集的6条河35个河道断面的水深和水宽资料,用解析解估算出各断面的MEIFR。曲率法所估算的MEIFR结果为多年平均流量的2.5%~23.7%,大部分数据落在Tennant法的10%~30%的范围。斜率法为11%~105.7%,普遍偏大,超过这个范围。虽然采用较小的斜率临界点可使斜率法的估算结果变小,然而到底斜率临界点应取何值存在较大的不确定性。这进一步说明,在无法获得一个确定的斜率临界值的情况下,湿周法估算MEIFR宜采用曲率法确定临界点。本文的结果基于理想情况,更普遍的结论有待于对更多种河道断面的探讨。     

永定河官厅水库下游河道内生态需水量研究

作为北京市母亲河的永定河自上个世纪80年代以来三家店以下一直处于断流,河床裸露、河道两岸土地沙化严重,是北京春季沙尘天气的主要沙源之一,由于地下水超采严重,加之无水补给地下水,使得北京西部地区第四纪地下水已经基本枯竭,永定河的生态系统已经受到严重破坏。要想恢复或治理受损的河道生态环境,作为生态系统中最活跃最重要的水分多少要先算清楚。本文采用湿周法计算了永定河官厅水库下游三个控制断面(官厅水库(坝下)、雁翅、卢沟桥)的河道内生态需水流量,计算结果为:官厅水库(坝下)站的河道内流量为3.7m~3 s~(-1)。(平水年P=50%,1978年),占年平均流量的20.7%,雁翅站的河道内流量为4.1m~3 s~(-1)(平水年P=50%,1981年),占年平均流量的20.1%,卢沟桥站的河道内流量为1.3m~3 s~(-1)(平水年P=50%,1978年),占年平均流量的22.1%。若能按照计算的流量来补充河道水量,即可使永定河恢复其基本的生态功能,按照Tennant法的标准,基本能使当地的河道生态系统处于较为良好的状态。     

干旱内陆流域生态需水量及其估算──以黑河流域为例

在干县内陆流域生态需水量概念与分类的基础上,以黑河流域为例,讨论了生态需水量估算的方法。采用两种半经验潜水蒸发公式和直接植物蒸腾估算等三种方法,以1995年为基准,分别对流域中游防护林生态体系需水量和下游荒漠绿洲生态需水量进行了初步估算,结果表明:黑河流域中游人工防护林生态需水量约为2.1× 10⁸~2.16×10⁸ m³,下游荒漠绿洲生态需水量为5.23×108~5.7×10⁸ m³;为维持或稳定流域下游额济纳现有绿洲规模,狼心山断面过水流量不应小于5.8×10⁸m³。     

最小数据方法在生态补偿中的应用——以甘南黄河水源补给区为例

甘南黄河水源补给区蓄水、补水功能对整个黄河流域水资源调节起了关键作用,亟需建立生态补偿机制保护生态环境。采用最小数据方法模拟出了草地水源涵养服务供给曲线,根据不同的生态恢复目标,确定补偿标准,估算新增水源涵养量。研究结果显示:(1) 通过生态补偿提高甘南黄河水源补给区水源涵养能力是可行的; (2)当合作、夏河、玛曲、碌曲、卓尼、临潭的补偿额分别达1 024.3、999.79、861.74、1 008.54、585.54、983.22元/hm²时,该区退化草地将全部禁牧,将新增水源涵养量2.253×10⁹m³;(3) 草地提供的水源涵养服务和农户经济行为存在空间异质性,因此应建立差别化、动态化补偿标准。     

基于遗传算法和图论法的生态安全格局构建与优化——以武汉市为例

以武汉市为例,通过分析生态系统服务价值、生态敏感性、景观连通性及生态需求识别武汉市陆地和水域生态源地,利用遗传算法获取最优生态源地。在此基础上,利用最小累积阻力模型（MCR）分别提取陆地和水域生态廊道,将生态源地与生态廊道叠加构建2017年武汉市生态安全格局。研究表明：2017年武汉市生态源地总面积约为1 917.342 km²,其中陆地和水域生态源地面积分别为780.217 km²和1 137.125 km²;利用遗传算法识别的最优陆地和水域生态源地分别为65和32个,所提取的生态廊道总长度为2 305.37 km,其中陆地和水域生态廊道长度分别为1 497.86 km和807.51 km;武汉市生态安全格局呈现“三横、三纵、三团簇”特征。此外,分别新增了8个陆地和水域生态垫脚石及5个生态源地,运用图论法对比优化前后相关指标,发现优化后可构建更完善的生态安全格局,优化方案可行。该生态安全格局构建与优化方法可为高速发展的大都市的生态安全格局研究提供更科学的参考。     

基于IBIS模型的耕地生态价值估算——以成都崇州市为例

基于成都崇州市耕地实地采样数据和修正的IBIS模型测算数据,对耕地生产有机质、调节大气、涵养水源、土壤保持和净化环境等五种自然生态服务价值进行测算,并与已有相关研究成果进行对比分析。结果表明：① 研究区耕地不同类型的生态服务价值量存在较大差异,由高到低依次为：土壤保持、调节大气、涵养水源、生产有机质、净化环境;② 研究区单位面积耕地生态价值量为29959.5元/hm²,其中土壤保持价值的贡献率最大,占36.35%;③ 与已有研究结果对比分析,由于耕地生态价值内涵界定和测算方法的差异,单位面积耕地生态价值测算结果存在一定差异。研究结果对于科学合理地确定耕地保护的补偿标准和补偿机制构建具有一定的参考指导作用。     

基于动态因子的区域生态安全评价——以河北省万全县为例

本文以河北省万全县为例, 探索在GIS 和RS 技术支持下进行区域生态安全综合评价的 方法。数据包括1992 年8 月的TM影像、2002 年8 月的ETM+和SPOT 影像、1∶5 万DEM等; 选取 植被指数变化、土地利用类型变化和土壤有机质含量变化三类动态评价因子; 采用综合指数法构 建了基于生态退化的动态评价模型; 应用最小二乘原理客观地计算出了模型中各指标的权重; 并最终在ArcGIS 9.0/Spatial Analyst 模块中生成了生态安全评价图, 使模型得以实现。结果表明 该县南部河川区生态安全要优于中部丘陵区和北部山区; 相对不安全区域占到全县总面积的 50.1%, 虽然不安全区域总体分布较为散落, 但在北部和中部相对集中; 总体生态安全评价值为 2.3, 标志着本地区的生态安全级别较低, 应引起当地政府的高度重视。另外, 采用动态评价因子, 比采用静态评价因子具有一定优势; 采用最小二乘原理计算模型中权重系数的方法比较实用和 科学, 降低了人为影响因素, 也可以避免主观判断产生的错误, 为评价模型中权重系数的确定提 供了一种新的方法和选择。     

退耕还林和荒山禁牧的相对生态价值的估算——以甘肃省靖远县永新乡为例

从20世纪80年代后,生态系统功能的研究越来越受到人们的关注,生态价值的估算成了生态学深入发展的一个新的新的热点领域。退耕还林和封山禁牧是我国的一项林业生态工程,退耕还林和禁牧的生态效果如何,在经济上是否合理都有待于探讨。本文以靖远县永新乡的退耕还林和荒山禁牧为例,对相对生态功能和相对生态价值进行了探讨和估算。结果表明：（1）当地退耕还林的林地生态价值远远大于农作物生态价值加农业产值的总价值,也远远大于国家的补助标准。国家的退耕还林政策不仅有利于当地生态环境建设,而且在经济上也是合理的;（2）荒山禁牧的生态价值小于禁牧的机会成本,亦小于国家的相关补助标准,禁牧的相对生态价值与国家补贴之和大于禁牧的机会成本。但荒山禁牧新增植被的生态价值大于中国草地的平均生态价值。用相对生态价值完全可以解决不同生态指标之间以及生态指标与经济指标的等价换算问题。     

基于GIS和密切值法的土地生态布局规划研究——以东莞市厚街镇为例

阐述了一种基于GIS和密切值法的土地生态布局规划思路.以GIS为技术平台将东莞市厚街镇划分为524个土地规划单元,并建立10个基础数据文件,利用Matlab软件进行密切值法编程,以工业、农业、居住、商业、绿化等用地类型作为生态规划目标,对各土地规划单元进行密切值计算,依据密切值计算结果将厚街镇土地进行生态布局规划.最后,依托GIS呈现各用地类型及综合的生态布局规划结果.研究结果显示,基于GIS和密切值法进行土地生态布局规划过程简单,结果可信.     

渭河下游河流输沙需水量计算

基于对河流输沙运动特性的分析,认为最小河流输沙需水量是当河流输沙基本上处于冲淤平衡状态时输送单位重量的泥沙所需要的水的体积,通过河段进口即上游断面水流挟沙力 (S_u^*) 与含沙量 (S_u) 比较,分S_u ≤ S_u^*和S_u > S_u^*两种情况,分别建立了最小河段输沙需水量的计算方法。并应用该方法对渭河下游输沙需水量做了计算。计算的空间尺度为渭河下游的咸阳、临潼、华县三个断面,时间尺度为四个代表年的年内月均需水量,分p = 25% (1963年)、p = 50% (1990年)、p = 75% (1982年)、p = 90% (1979年)。计算结果分析表明：渭河各断面汛期月均输沙需水量大于非汛期月均输沙需水量。相较而言,在不同代表年的汛期和非汛期,从咸阳断面至华县断面输沙需水量在增加。在丰水年 (p = 25%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为63.67亿m³、97.95亿m³和103.25亿m³;在平水年 (p = 50%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为49.71亿m³、83.27亿m³和85.08亿m³;在枯水年 (p = 75%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为30.17亿m³、55.14亿m³和65.32亿m³;在特枯水年 (p = 90%),渭河下游咸阳、临潼、华县等3个断面年输沙需水量分别为23.96亿m³、37.91亿m³和38.92亿m³。由丰水年到枯水年,渭河下游各断面年输沙需水量变小。     

基于二元水循环的河流生态需水水量与水质综合评价方法——以辽河流域为例

通过考虑水的自然循环与水在人类活动影响下的循环 (二元水循环),后者包括水资源开发利用率、耗水率、污水排放浓度影响,探讨了二元水循环下河流生态需水“质”与“量”的综合评价,以区别以往仅从自然水循环 (一元) 出发评价河流生态需水的缺陷。建立了二元水循环下的河流生态需水的水量与水质计算方法,并确定了河流生态需水的“质”与“量”的评价标准,实现了河流生态需水水量与水质的综合评价。以辽河流域为例进行实证分析,计算了一元水循环下西辽河、东辽河、辽河干流、浑太河、东北沿黄渤海诸河等水资源分区的河流生态需水,分别占径流的39.3%、63.0%、43.9%、43.3%、43.5%,采用Tennant推荐流量及等级进行评价,结果是：除西辽河属于“中”等级外,东辽河、浑太河、辽河干流、东北沿黄诸河等均在“好”等级以上,东辽河达到“极好”等级。与之对应的二元水循环下的河流生态需水比例分别是57.5%、74.1%、60.8%、60.3%、60.4%,综合评价结果显示：从水量角度评价,西辽河不能达到生态需水“量”的标准,其余能够达标,从水质角度评价,西辽河、浑太河、辽河干流、东北沿黄诸河等均不能够达到“质”的标准,东辽河可以达标。从“量”与“质”相结合的角度评价,仅有东辽河可以达标。因此,水质状况是决定辽河流域河流生态需水是否满足生态系统需求的主要问题。     

基于意愿调查评估法的东苕溪水质改善的社会效益评估

以流经浙江北部的重要河流东苕溪流域为研究区域,从社会效益的视角,遵循意愿调查评估法的思想和技术,估算东苕溪流域居民对水质改善的支付意愿金额,分析影响支付意愿的主要因素。结果发现：357份有支付意愿,占问卷的65.9%,支付意愿范围为104.01~128.54元,中位数的支付意愿为115.63元/（a·户）; 185份零支付愿意,占问卷的34.1%。其中影响流域居民支付意愿度的主要因素为：水质改善应为政府或企业的责任,流域居民不应是水质改善的承担者。同时,家庭人口数、文化程度、是否知道其饮用水源来自东苕溪与支付愿意度成正相关,对自家自来水状况的评价与支付意愿成负相关。基于此,研究提出适当增加水费用于水质改善;建立水环境信息制度,引导广大居民参与决策;严格执行环保标准,减少企业污染物排放等建议。     

珠江河网横向汊道水面线演变过程及原因探讨 ——以东平水道为例

基于1960-2016年东平水道三水、紫洞、澜石、浮标厂月均潮差、余水位数据及三水、马口站月均流量数据,以1993年三水-马口分流比突变为切入口,探讨余水位坡度及潮波衰减率等径-潮动力改变下,东平水道水面线与余水位曲率的时空演变特征及其影响因素.结果表明:东平水道在1993年三水分流比剧增之后,1)余水位坡度或潮波衰减...     

基于UGC文本挖掘的城市旅游客流网络结构研究——以西安市为例

旅游流是旅游地理学研究的一项重要命题,理解游客的空间流动特征对城市旅游的发展有重要意义。通过对穷游网UGC文本数据的挖掘,依托图论理论构建了一种可以同时保留旅游客流的有向性与加权性的流网络结构描述方法,并对西安市区域层面与节点层面的旅游客流网络结构进行研究。结果表明:(1)城市旅游的客流存在明显的网络结构特征,客流网络结构主要由区域(节点)的中心程度决定;(2)城市旅游客流结构与旅游主体功能分区高度耦合;(3)区域(节点)主体功能的时空属性也是影响旅游客流结构的一个重要因素;(4)通过对区域(节点)净外向程度的分析,可以得到其旅游“集”“散”功能的偏重,可为具体区域的旅游发展提供借鉴与启示。     

中国典型人口流出地区人口流动格局 ——以川渝地区为例

基于卫计委发布的2017年全国流动人口动态监测调查数据,系统分析了川渝地区流动人口空间格局与流动网络.研究发现,1)在流动人口数量变化上,川渝地区区际流出人口规模依然较大,2010年以来出现一定程度的人口回流;同时,区内流动人口规模开始超过区际流动,成为人口流动的主要方式,体现出当前川渝地区对人口的凝聚力进一步提高.2...     

黄土丘陵区地表水和地下水对降水的响应——以康沟小流域为例

以"退耕还林"为主体的黄土丘陵区生态环境建设在过去10年来取得了显著成效.为揭示"退耕还林"政策实施以来黄土丘陵区的降水与地表水和地下水的关系,本文以延安康沟流域为例,根据1997-2006年延安站的逐日气象数据和康沟流域地表径流、泉水、井水水位实测水文数据,以及康沟流域地形地貌和土地利用等资料,利用相关分析法分析了康...     

南水北调西线一期工程区泥石流规模预测及其对调水工程的影响

泥石流是南水北调西线一期工程区的主要山地灾害之一,可能对调水工程建设与运行期间的工程安全构成一定的威胁和危害。据调查,工程区分布有一定规模的有现代泥石流活动的沟111条、潜在性泥石流沟58条。主要探讨了泥石流发生规模预测中的清水流量、泥石流峰值流量、一次泥石流流出总量等参数的计算方法,在此基础上引入主、支流量比,分析了泥石流堵河问题及其可能堵河高度与回水长度,为评估泥石流对调水工程的影响提供了科学可行的定量分析方法。