流域生态水文过程与功能研究进展

 探讨流域生态系统与水文过程耦合关系及水文机理是当今水科学的前沿问题。通过阐述流域生态水文过程与生态水文功能的国内外研究进展,同位素技术在生态水文研究方面的应用进展。提出了应用同位素技术、水化学方法与景观格局分析法相结合来研究流域不同景观带水文过程及生态水文功能,来探讨不同生态系统与水文过程的耦合关系及水文机理,开展流域地下水-土壤-植被作用层水文过程研究。最后展望了今后的研究趋势和重点研究工作,指出了未来的发展方向。     

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。     

洪河沼泽湿地水文过程模型构建及水文功能分析

洪河沼泽湿地地势低平、河道多变,洪水季节性泛滥,缺乏水文监测数据,而模拟的水文数据不确定性较大;而且,用地表径流数据验证生态水文模型的模拟结果,效果并不理想。以洪河国家级自然保护区中部的沼泽湿地为研究对象,整合数字河网与高精度数字高程数据,改进分布式生态水文模型SWAT的子流域概化方式,构建湿地水文过程模型;在此基础上,分析研究区沼泽湿地水文功能。对于湿地水文过程模型的构建,除了利用径流观测数据进行验证外,还应用不同深度的多点土壤湿度数据进行验证。研究结果表明,1改进的SWAT模型取得了较高的面向沼泽湿地模型精度,模型决定系数R2达到0.7,相对误差小于21%,表明模拟效果良好;2在研究区内的沼泽湿地中,以草甸黑土—沼泽化草甸、草甸黑土—草本沼泽、沼泽土—沼泽化草甸、沼泽土—草本沼泽4种土壤—植被的组合模式为主,土壤湿度较大,湿地的调蓄水功能较强;3季节性和常年的洪泛水文过程与土壤湿度的梯度特征,控制着研究区的沼泽植物的空间格局;随着土壤湿度梯度的变化,植物群落呈现出明显的条带状梯度分布。     

流域生态水文模型研究进展

流域生态水文模型是全球变化下流域生态水文响应研究的重要工具,通过定量刻画植被与水文过程的相互作用及全球变化对流域生态水文过程演变的影响机制,为流域水资源管理和生态恢复提供科学支撑,是生态水文研究的前沿和热点.基于植被与水文过程相互作用规律,流域生态水文模型一方面要充分描述植被与水文过程相互作用和互为反馈机制,另一方面要...     

辽宁双台子河口湿地生态水文模拟与调控

在全球气候变化和人类活动影响下,辽宁省双台子河口湿地出现生态用水不足,水环境恶化,土壤盐渍化和海水倒灌等问题,导致湿地明显退化.为解决湿地生态用水供需矛盾,从流域生态水文学角度出发,运用所构建的生态水文耦合模型,对1981～2005年双台予河口湿地集水区生态水文演变规律进行模拟,结果表明:25年间湿地集水区各生态水文要...     

基于生态水文过程的塔里木河下游 植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25眼地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5 m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类,在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×10⁸ m³。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。     

湖泊湿地生态修复规划研究:以岳阳南湖湿地生态修复为例

湖泊湿地生态修复项目涉及相关水系的重新调整或重新组织,使退化的水文环境得到恢复。岳阳楼洞庭湖国家级风景名胜区南湖景区是岳阳市内最大的生态绿地,近年来由于南湖的排涝能力下降,暴雨经常导致城区洪涝严重,造成人员伤亡和经济损失。通过研究历史上洞庭湖和南湖的水系特征,恢复部分水系连通两湖,扩大集水面积;构建南湖大湿地系统,增强湖水自净能力,避免湖体富营养化。为保护景区内居民的安全,在新社区的设计中将道路、建筑、河道和湿地相结合,提出具有防灾减灾功能的"海绵城市系统"。     

基于遥感数据的叶尔羌河流域水文过程模拟与分析

在西北荒漠-绿洲生态系统中,山区水循环对下游水资源管理具有重要作用。为了准确地理解高寒山区水文过程,以降水、温度和潜在蒸散发的遥感数据为模型输入,建立叶尔羌河流域的MIKE SHE模型。根据模型输出,从径流、积雪和蒸散发三方面探讨了流域的水文过程。结果表明：经校正后的遥感产品在叶尔羌河流域的水文模拟中取得了良好的应用效果,出山口卡群站日径流的效率系数达0.71,相关系数达0.85。河道的年平均径流深为146.66 mm,其中稳定的基流补给占21.3%。流域的年平均降雪231 mm,占总降水的74%左右;73.9%的融雪发生在7-9月,积雪主要分布于5000 m以上区域。蒸散发以7-9月中低山区植被覆盖良好的针叶林和草地为主。选用合适的方法对遥感数据进行验证和率定,有助于提高对资料缺失的高寒山区流域水文过程的认识。对不同水文要素进行分析验证,可更准确地理解水资源的转化、储存方式及其时空分布,以便为下游水资源管理提供依据。     

挠力河流域龙头桥水库对坝址下游湿地水文过程影响分析

在调查挠力河流域龙头桥水库的设计参数和运行方式的基础上,利用宝清和菜咀子两个水文站实测的水位和流量等观测数据,研究了龙头桥水库建设与运行对坝址下游(宝清水文站和菜咀子水文站之间)湿地的水文过程影响。龙头桥水库对坝址下游湿地水文过程的影响主要为:①使湿地径流量季节性变化幅度减小;②使河流湿地冰封期连底冻现象发生频率增加,特别是从1999年开始,出现了4月份河流连底冻现象,并且1999~2006年期间12月份河流连底冻现象的发生频率高达87.5%;③减少了进入湿地的径流总量;④使河流湿地的地表水位下降;⑤减少了河流湿地的地下水补充量;⑥水库对湿地水文过程影响带来了一些负面生态效应,如进入湿地的营养物质减少,湿地生物的越冬环境受到破坏等。建议在每年4月、9~12月期间,龙头桥水库增加向下游的放水量,并保证水流流量不小于3 m3/s;减少挠力河流域上游水田种植面积,将水库在灌溉和发电方面的功能主要转换为防洪和下游湿地生态水量调节。     

三江源国家公园湿地水文连通性初步研究

湿地水文连通性是湿地生态系统功能和健康状况的重要体现。以三江源国家公园为研究区,在整个公园、分园区和各园区的核心保育区3种尺度上,利用不同类型湿地单元之间的距离及其景观指数,来评估湿地生态系统的水文连通性。研究结果表明,长江源园区、澜沧江源园区和黄河源园区中的沼泽与河流或者湖泊之间的平均距离分别为370.7 m、408.7 m和869.9 m,索加—曲麻河、可可西里、莫云和扎陵湖—鄂陵湖核心保育区中的沼泽与河流或者湖泊之间的平均距离分别为267.1 m、294.3 m、405.8 m和673.3 m;澜沧江源园区、长江源园区和黄河源园区中的湖泊与河流之间的平均距离分别为1 736.8 m、2 933.8 m和3 868.7 m,扎陵湖—鄂陵湖、可可西里、索加—曲麻和莫云核心保育区中的湖泊与河流之间的平均距离分别为5 586.4 m、3 259.0 m、1 898.2 m和2 373.9 m;在3处园区中,长江源园区内的沼泽平均斑块面积最大,黄河源园区的湖泊最多、湖泊的斑块密度最大;在4处核心保育区中,索加—曲麻河核心保育区的沼泽平均斑块面积最大,扎陵湖—鄂陵湖核心保育区的湖泊平均斑面积最大,不同尺度下距离和景观特征呈现的湿地生态系统水文连通性非常相似。     

间歇性湿地研究进展

间歇性湿地作为湿地的特殊类型,具有生物多样性保护、调节径流、改善水质和调节小气候、稳碳增汇等丰富的经济和生态价值。研究表明:全球间歇性湿地的数量和质量逐年下降,特殊生境受到严重威胁,但目前学者对间歇性湿地的关注仍然不够,国内还未有系统的研究。影响间歇性湿地生态功能的环境因素主要有淹水和干旱时间间隔、持续时间、干旱暴露频率和水生生物群落结构的变化,同时还受水文及地貌的差异控制。综述了20世纪以来人类活动对间歇性湿地类型和分布的影响,并概述了间歇性湿地在全球水-碳循环和生物多样性保护中发挥的生态和社会功能。间歇性湿地作为野生动植物的重要生境,为毗邻生态系统提供营养物质供给、蓄水防洪、水质过滤、稳碳增汇等功能,是自然和社会环境的重要生态安全屏障。     

湿地生态系统中主要功能微生物研究进展

阐述了湿地生态系统中主要功能微生物的多样性特点,以及主要功能微生物群落结构多样性在地域、环境、湿地类型中的差异;概括了主要功能微生物在湿地中污染物的降解、温室气体释放等方面的作用;概述了氨氧化微生物、产甲烷古菌和甲烷氧化细菌、反硝化细菌和真菌以及硫酸盐还原菌与硫氧化细菌等主要功能微生物的相关研究进展;总结了植被和养分元素对湿地生态系统中微生物影响的研究成果。针对各种外在因素影响湿地微生物的详细机制尚不明确,湿地生态系统中植被与微生物多样性的关系存在争议,以及湿地微生物在净化污水、温室气体排放等方面功能类群及分布特点研究相对匮乏等问题,提出了湿地功能微生物研究的发展方向。     

新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文)

由于冰雪的存在及缺乏地面观测站点资料,高寒地区的水文模拟研究一直面临很大的困难。遥感数据能够提供大范围时空尺度上的地面信息对无资料地区有很大帮助。MODIS数据具有较高的时空分辨率深受人们关注。本文以长江上游泥曲流域为例,探求将MODIS遥感数据与地面气温数据相结合对新安江模型径流模拟的帮助,方法步骤如下:(1)建立MODIS雪覆盖面积与流域周围站气温关系,获取气温阈值;(2)依据气温阈值判别降水形式并计算融雪水当量;(3)将雨雪分离后的降水信息输入新安江模型模拟径流,并与新安江模拟结果(未考虑雨雪分离)和实测径流进行比较。研究结果显示改进方案(考虑雨雪分离)模拟效果更好,将有助于提高新安江模型在高寒无资料地区的径流模拟精度,为高寒无资料地区水资源管理及生态需水研究提供帮助。     

干旱区沙漠与河流复合地貌过程研究进展

沙漠-河流过渡带是独特的地理单元,在世界主要沙漠中普遍存在,河岸沙丘地貌发育过程是其独特性的突出表现。一方面,河流通过提供物源和场所控制河岸沙丘地貌的发育过程与格局,另一方面,沙丘发育过程改变河道。本文回顾了沙漠与河流复合地貌过程研究取得的重要进展,包括沙漠与河流交互关系、沙漠和河流交互尺度以及河岸沙丘地貌形成与发育过程等。但水系变迁与沙漠演化、沙丘复杂性与河谷形态之间的关系,以及如何建构沙漠河岸风水复合地貌过程模型等问题,将是未来需要突破的难题,这有助于促进风沙地貌与流水地貌的高度融合,丰富沙漠科学和干旱区水文的理论体系。     

LASCAM水文模型在流域生态水文过程研究中的应用——模型理论基础

LASCAM水文模型是一种大尺度分布式概念水文模型,介于高精度分布式水文模型和集总式经验模型之间,是基于亚流域空间单元建立的中等精度的分布式概念模型。LASCAM模型在亚流域空间单元定义了3个概念性土壤水库,在经验方程的基础上:①建立亚流域各土壤水库与亚流域生态特征(LAI)和气候(降雨)之间函数关系;②通过对亚流域的降雨-植冠截流过程、地表产流过程、表层入渗-亚表层产流过程、亚表层入渗过程的模拟,揭示降雨在亚流域的(地表和亚表层)径流和入渗等环节的再分配过程;③基于亚流域各土壤水库的水量(水位)建立了各土壤水库之间的水通量过程方程;④建立亚流域各库的蒸散发与生态特征(LAI)之间的函数关系模拟各库的蒸散发过程。最后,通过河道径流演算法则,并依据亚流域与流域总体之间的分布式关系,将各亚流域的径流汇总到整个流域,从而将亚流域空间的水文响应扩展到流域整体空间上,实现了大尺度异质性流域的水文过程和水量平衡模拟。     

湿地水文研究的若干热点问题

湿地水文研究是认识湿地生态系统的结构、过程与功能,进行湿地生态保护和恢复重建以及水资源合理配置的前提与基础。重点对湿地水文研究的几个热点问题进行了评述。这些问题包括,全球气候变化与人类活动影响下的湿地水文响应;湿地水文过程对湿地生态系统的影响机制;湿地水循环过程与水文模型。在此基础上,提出了基于水循环模拟的流域湿地水资源合理配置的基本思路,并对目前中国湿地水文亟待研究的重要议题进行了阐述。     

土壤数据空间分辨率对水文过程模拟的影响

分布式水文模型的应用,其准确性有赖于输入数据对流域特征的描述,尤其在大尺度流域,输入数据分辨率的增加是否必然改善模型的模拟效果是值得深入研究的问题。本文以鄱阳湖信江流域为研究区,运用SWAT模型为模拟工具,分析了土壤数据空间分辨率对径流、蒸发及土壤含水量等水文要素模拟的影响以及高精度土壤数据在大流域尺度的适应性。结果表明：不同分辨率的土壤数据对SWAT模型中水文响应单元的划分结果差异显著,但在径流模拟和蒸发计算结果中并没有表现出显著的差别;模型率定前后,低分辨率土壤数据的径流模拟结果略好于高分辨率土壤数据,但两者之间的差别不明显;模型模拟的土壤含水量差异显著,高分辨率土壤模拟的月平均土壤含水量整体大于低分辨率土壤模拟结果;研究还发现,模型的蒸发计算对土壤分辨率信息不敏感。本文研究意味着,大尺度SWAT模型的应用中,土壤数据分辨率的提高不一定会改善模型的模拟效果。在具体应用中,应考虑流域本身的尺度以及模拟精度的要求,选择合适分辨率的土壤数据,同时应结合模型原理和关键参数的物理含义来解释模拟结果。