生态环境需水量分类及计算方法综述

根据生态系统的生态环境功能,可以将生态环境需水量分为:河流生态环境需水量、植被生态用水量、用于湖泊湿地保护与恢复的生态环境需水量、城市生态环境需水量和回补超采地下水的生态环境需水量等。在此基础上,综述了各项生态环境需水量的计算方法,并提出了在生态环境需水量分类及计算方法方面需要进一步研究的问题。     

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。     

生态环境需水的理论和方法研究进展

生态环境需水研究是目前国际上学科前沿研究之一,涉及生态学、水文学、环境科学等多学科。文章论述了国内外生态环境需水研究的进展,分析了生态环境需水的内涵、概念、分类和特征,总结了河流、植被、湖泊、湿地和城市生态系统生态环境需水量计算的理论基础和方法。最后,从区域水资源优化配置和可持续发展的角度,对今后生态环境需水研究的方向与技术、区域性范围和水资源优化配置等问题进行了讨论。     

湿周法估算河道内最小生态需水量——以滦河水系为例

湿周法是以湿周作为衡量栖息地质量的指标来估算河道内流量的最小值。通过建立河道断面湿周与流量的关系曲线,依据该曲线确定变化点的位置,估算最小需水量的推荐值。根据国外对湿周法的研究应用,分别采用对数函数和幂函数关系对湿周—流量关系进行拟合。从理论上分析了湿周法采用斜率为1法和曲率最大法确定变化点的不同,得到不论采用对数函数还是幂函数关系拟合流量—湿周关系,斜率为1法的估算结果都要大于曲率最大法的估算结果。把湿周法应用到滦河流域两个水文站,以曲率最大法确定变化点,估算了两个站点的最小生态需水量。结果表明：①对数函数拟合流量－湿周关系得到的最小生态需水量都要大于幂函数拟合流量－湿周关系的结果;②湿周法估算的生态需水量都能满足河道内最小生态需水的要求,且较小河流对生态需水量的要求相对较大河流更高。     

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。     

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。     

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。     

考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究

气候变化及人类活动导致水文变异,变异前后样本总体分布显著不同,即改变了当地生态系统的水文状况,打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异,并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上,对变异前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,并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量,即得河道内生态需水情况。分析表明,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的;水文变异后,黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低,汛期降低幅度比非汛期大;黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。     

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。     

湿地生态需水量与配水研究进展

湿地生态用水配置是近年来在湿地生态需水理论研究的基础上提出的,旨在通过向湿地生态系统分配或补给合理的水资源量,实现湿地生态环境的修复和保护。在阐述湿地生态需水量研究的基础上,系统总结了湿地生态配水量的研究方法和配置模式,指出了现有的湿地生态需水配置过程中存在的问题,提出湿地生态配水的定量化研究、湿地生态配水的合理模式研究和湿地生态用水配置的不确定性分析是今后的研究重点。     

Environmental and ecological water requirement of river system: a case study of Haihe-Luanhe river system

1 IntroductionRiver system, to some extent, can be regarded as an independent eco-system, which includes river channels, lakes and the lands near the water bodies. In the engineering view, river system can be defined as the flooded area with a flood frequency of 1%[1,2]. The major aspects of the river system may be its water quantity, water quality and aquatic species. The three aspects of the system have a close relation with each other. The river system has a lot of functions, of which in g…     

Environmental and ecological water requirement of river system: a case study of Haihe-Luanhe river system

In order to reduce the environmental and ecological problems induced by water resources development and utilization, this paper proposes a concept of environmental and ecological water requirement. It is defined as the minimum water amount to be consumed by the natural water bodies to conserve its environmental and ecological functions. Based on the definition, the methods on calculating the amount of environmental and ecological water requirement are determined. In the case study on Haihe-Luanhe river system, the water requirement is divided into three parts, i.e., the basic in-stream flow, water requirement for sediment transfer and water consumption by evaporation of the lakes or everglades. The results of the calculation show that the environmental and ecological water requirement in the river system is about 124×108 m3, including 57×108 m3 for basic in-stream flow, 63×108 m3 for sediment transfer and 4×108 m3 for net evaporation loss of lakes. The total amount of environmental and ecological water requirement accounts for 54% of the amount of runoff (228×108 m3). However, it should be realized that the amount of environmental and ecological water requirement must be more than that we have calculated. According to this result, we consider that the rational utilization rate of the runoff in the river systems must not be more than 40%. Since the current utilization rate of the river system, which is over 80%, has been far beyond the limitation, the problems of environment and ecology are quite serious. It is imperative to control and adjust water development and utilization to eliminate the existing problems and to avoid the potential ecological or environmental crisis.     

新疆孔雀河流域生态基流与天然植被需水量研究

研究和确定流域生态基流及天然植被需水量是为了遏制因河道断流或流量减少而造成的生态环境退化,以确保流域生态系统健康发展.根据孔雀河流域植被类型分布及多年径流状况,将河道分为A、B两部分,A段为孔雀河上游塔什店至第三分水枢纽常年未断流河道;B段为第三分水枢纽以下天然植被主要分布区.基于塔什店水文站近50 a水文数据,结合T...     

流域生态补偿研究进展

本文结合生态补偿的理论,综述流域生态补偿的基本概念和理论,总结补偿标准制定方法,概括补偿的原则、政策、措施等主要环节,提出目前存在的问题(过于依赖政府主导,补偿重点不明确,补偿范围不明晰,立法未完善等)。并提出了今后应注意的问题,展望了未来的研究重点:首先,继续保持政府监督,引入市场手段论证实施流域生态补偿;二是分清保护性和破坏性生态资源利用行为,采取灵活方式,对相应行为补偿额度进行调整,以有效筹措补偿资金、优化补偿资本来源;三是东西部地区流域内人口、资源、环境等各方面特点不同,补偿应分清"有水无水"和"水好水坏"的问题,采取不同的侧重点.随着丝绸之路经济带建设的推进,西北地区祁连山生态保护与治理已经列为所在各省的战略之一,内陆河流域资源禀赋的发挥要综合考虑生态效益、社会效益和经济效益;四是加强针对生态要素的立法,如土壤保护法、清洁空气法等,建立健全法律制度,保障流域生态补偿的有效进行。     

海河流域河流季节化对地下水及生态环境的影响

本文在分析海河流域河流季节化趋势的基础上 ,着重探讨河流断流给下游平原地区地下水及生态环境所带来的深刻影响。研究认为 :河流季节化与下游平原地区地下水之间存在着相互影响、互为因果的密切关系 ,河流季节化因地下水超采的日趋严重而愈演愈烈 ;反过来 ,愈演愈烈的河流季节化又极其深刻地影响着地下水的时空分布、补给条件及运动流场等方面 ,同时也给下游平原地区带来一系列的生态环境问题 ,如地下水降落漏斗、地面沉降、海咸水入侵、河流功能衰退、湿地生态退化和水质恶化等。     

河流健康评价的主评指标筛选

河流健康是近年来探讨水资源问题的一个热点,其评价指标体系正成为河流管理的目标。为了筛选出一些基本的、易于量化的主要评价指标来揭示河流健康基本状况和变化趋势,通过对1972～2010年约150篇相关文献、45个河流健康评价指标体系902项指标的整理和归纳,应用统计、层次和相关性分析法,确定各指标的被采用率,并同时综合考虑指标的重要性、普遍性、可量化性和易获得性,筛选出揭示河流生境物理、水环境、生物和水资源利用4类特征的主要指标。结果表明,有以下8个指标可作为河流健康的主评指标:河岸植被覆盖率、河流连通性、湿地保留率、径流量变化率、水质达标率、鱼类生物完整性指数、水资源利用率和流域天然植被覆盖率。     

淮河流域经济增长与生态环境质量变化的关系——来自1998-2007年安徽淮河流域的经验

基于淮河流域安徽段8个地市1998—2007年经济与环境统计数据,构建了淮河流域环境库兹涅茨曲线模型,系统分析了淮河流域经济增长与生态环境质量变迁的关系。研究结果表明,在考查期内,淮河流域人均GDP基本呈逐年递增趋势,工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废物产生量等环境污染指数均较高;淮河流域经济增长与生态环境之间的关系曲线基本呈现上升趋势,不完全符合典型的库兹涅茨曲线特征,伴随着经济快速增长的同时,生态环境也在不断恶化。因此,为保证淮河流域经济环境的协调发展,各级政府要不断增加环保经费投入,大力发展循环经济,注重开发洁净煤技术,充分挖掘旅游资源的潜力,大力加强环保执法力度,努力推进新型工业化道路。     

黄淮海平原河道基本环境需水研究

针对我国北方地区水环境中最突出的污染问题,以满足河流最基本的稀释自净功能为目的,提出了一种计算河道基本环境需水量的方法,即月(年)保证率设定法,并以黄淮海平原为例,进行实证分析。结果是黄淮海平原总的河道环境需水最小为2176亿m³,约占多年平均径流量的15%,其中海河流域309亿m³、黄河下游52亿m³、淮河流域片1347亿m³。通过Tennant法验证,说明计算结果可靠。本文的研究不仅丰富了生态(环境)需水的理论内涵,为河道生态(环境)需水的进一步研究打下了良好的基础,同时为研究区水资源规划、水环境保护提供了有力的依据     

Research progress of socio-economic water cycle in China

China has made great progress in the study of socio-economic water cycle. She has completed national water resources appraisement and medium to long-term water supply planning. She has been engaging in study on water-deficient regions in North China and Northwest China for about half a century. For solving water shortage problem in northern China, she has put forward the famous South-to-North Water Transferring Projects, which has been set as one of the four biggest national projects in the Tenth Five-Year-Plan period although there are still debates. For promoting water use efficiency, China has been reforming her water management system, including water right system and water price system. There has already been a case of water right purchase. China has also done a lot of research on the interaction between human activity, water and ecosystem. For meeting the need of sustainability and coordinating water resources development and environmental protection, the study of ecological water requirement became very hot in recent years. There are three focuses of socio-economic water cycle study now in China: water transfer projects from the south to the north, water resources management and ecological water requirement.