流域科学研究中的观测和模型系统建设

流域是地球系统的缩微,是自然界的基本单元。流域科学从基础研究角度可以被看作是地球系统科学研究方法在流域尺度上的具体体现;从流域综合管理的应用角度看,流域科学是在流域尺度上通过对自然资源和人类活动的优化配置而为可持续发展服务的应用科学。流域观测系统和模型系统的建设是发展流域科学的前提。提出了建立遥感—地面观测一体化的、覆盖流域能水和生物化学循环及社会经济活动的流域观测系统的设想,规划了系统各组成部分,以高效、高分辨率、高精度、多尺度、集成和现代化为流域观测系统的基本衡量准则。流域模型系统可概括为“水—土—气—生—人”集成模型的发展,[JP2]应该科学目标和流域管理目标并重,既要发展具有综合模拟能力的流域集成模型,也要建成流域水土资源和社会经济资源可持续利用决策支持系统。流域集成模型应由分布式水文模型、陆面过程模型、地下水模型、渠系模型、动态植被模型和社会经济模型构成。     

黑河流域生态系统服务的价值

生态系统服务的价值评估研究是可持续发展评估研究的关键内容和焦点 ,是生态经济学、环境经济学和生态学的前沿研究领域 ,是开展环境 经济综合核算的基础工作 .以黑河流域 1987年和 2 0 0 0年的 1∶10 0 0 0 0LandsatTM图像解译数据为基础 ,在分析黑河流域土地利用和土地覆盖变化状况的同时 ,对黑河流域生态系统服务的价值进行了评估 ,结果表明 :按当前价计算 ,1987年黑河流域生态系统服务的年价值为 2 1.6 2 3× 10 8＄ ,相当于 178.82 2× 10 8元人民币 ;2 0 0 0年黑河流域生态系统服务的年价值为 17.6 74× 10 8＄ ,相当于 146 .16 4× 10 8元人民币 .与 1999年黑河流域的国内生产总值 (GDP) 10 2 .5 4× 10 8元人民币相比 ,2 0 0 0年黑河流域生态系统服务的年价值相当于GDP的 1.42 5倍 .由于缺乏对盐碱地、永久积雪 /冰川、建筑用地、沙丘 /戈壁、裸岩 /裸土地等服务价值的相关研究信息 ,该结果是对流域生态系统服务价值的保守估计 .     

中国西北内陆河水问题及其应对策略——以黑河流域为例

中国被联合国列为13个贫水国之一,占国土面积1/3的内陆河地区先天性的水资源不足,再叠加不合理的利用,使得水问题成为西北内陆河流域经济发展和生态保护的关键性问题.以黑河为例论述了流域尺度的水、土、生态、环境及管理问题;提出缓解流域水资源矛盾必须在流域尺度提高水效益的适应对策;讨论了绿洲灌区水资源利用率提高的4个环节,即灌溉水向土壤水转化、土壤水的生物利用、生物水的生产率以及市场需求的产业配置;展示了水源涵养、节水型绿洲建设、生态水利用率提高的部分实例;分析了水资源的社会化管理的阶段、问题与途径,强调流域虚拟水配置战略,指出提高流域水-生态-经济综合效益仍有较大潜力.     

中国西北地区的生态足迹

可持续发展指标体系的研究是可持续发展研究领域的一个重点问题 .在介绍生态足迹理论的基础上 ,应用中国西北五省区的截面统计资料对该区域 1999年的发展状况进行了评价 .结果发现 ,陕、甘、宁、青、新的生态足迹都呈现赤字 (分别为 0 .1119、0 .3995、0 .42 42、0 .0 6 1、0 .886 3hm2 ·人 -1) ,这表明我国西北五省区的消费模式是不可持续的 ;还发现各省区的人均生态足迹需求的GDP产出系数呈现出陕 >宁 >青 >甘 >新 ,这反映出五省区的资源消耗产出效率的差异 .最后对生态足迹理论尚待进一步深入研究的几个方面进行了简要的评述 .     

基于模块化建模方法的寒区水文过程模拟——在中国西北寒区的应用

中国西北高山、 高原广泛分布着冻土和积雪, 春季融雪和冻土融化是该地区重要的水文过程.基于模块化的寒区水文建模环境CRHM, 根据流域水文过程特征和观测数据约束, 选取描述不同寒区子水文过程的模块构建寒区水文模型, 并基于长期观测的两个典型寒区小流域来验证模块化的寒区水文模型.在冰沟流域, 主要模拟雪的积累/消融、 雪的升华、 融雪下渗和融雪径流过程. 结果显示: 冰沟流域积雪升华占降雪量(145.5 cm)的48%, 其中风吹雪引起的升华损失量(35 cm)占积雪升华(69 cm)的一半, 风速和辐射引起的积雪升华是该地区积雪物质平衡的重要组成; 构建的寒区水文模型可以再现春季积雪消融引起的径流过程.在左冒孔冻土流域, 主要模拟冻土下渗过程、 冻土坡面产流过程和土壤冻融对径流的影响. 结果显示: 构建的寒区水文模型可以捕捉到春季主要的冻土融化径流过程.两个流域的验证结果揭示: 模块化的建模方法在搭建模型结构的时候减少了模型的不确定性, 所以在未经率定的情况下, 具有在无资料和资料缺少地区模拟寒区水文要素和水文过程的能力.     

黑河流域节水生态农业与流域水资源集成管理研究领域

概述了中国内陆河流域面临的水问题和日益激化的用水矛盾,强调了内陆河地区支柱产业--绿洲农业应该坚持节水和生态的方向,流域集成管理是持续农业的基础.长期从事该方面研究的黑河流域是个较好借鉴,同时也提供了深入开展相关研究的基础,为此提出了以黑河流域为背景的四大研究流域:水文、生物、经济系统水循环与水资源形成演变,节水农业的生物学研究与抗旱品种繁育,农业节水新材料研发与工程节水技术集成,水资源合理配置与流域集成管理;并简述了各领域的主要方向.     

美国大尺度综合环境观测站网计划介绍及其相关研究

大尺度综合环境观测站网(CLEOs) 是研究大尺度流域水资源环境问题的国家观测站网计划,是美国国家科学基金委员会正在策划的前瞻性、基础性的战略部署之一。强调在实验观测网的基础上、实现在流域尺度学科的综合与集成,寻求水问题解决方案。通过全面介绍该计划的背景、设计框架、核心和实施步骤,结合我国流域尺度水文水资源研究现状,指出我国在西北内陆河流域建立大尺度综合环境观站网的可能性。     

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ¹⁸O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ¹⁸O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式（Ⅱ）：无云大气条件下模拟试验结果分析

冻土层的变化与地-气交接面的能量交换过程有直接的联系，地-气交接面的能量交换过程包含了辐射、对流、热传导三种最基本的热物理过程，利用以此为基础建立的青藏铁路沿线地表和路基表面热力学数值模式(RSTM)，将安多站的实测资料作为模式输入，针对梯形路基与边坡朝向和坡度有关的坡面温度变化及两侧坡面温差变化的问题，对无云大气条件下不同坡度和坡向的表面温度变化特征进行了模拟分析，结果表明，对于就地取土修筑的路基而言，安多段路基上表面温度在各季节都高于气温。在夏季具有明显的高表面温度值，尽管在夏季任何坡度和坡向的路基坡面都具有冷却效应，但路基仍处于高温状态；冬季路基上表面温度虽略低于0℃，但路基偏南方向坡面的强烈增温效应，使南坡表面温度远远超过冻土融化温度的临界状态，而路基两侧坡面热效应的相反作用，通过影响冻土层的冻融过程，可能引起路基纵向裂缝的发生。因此，对冻土路基采取有效的防护措施是非常必要的，用实测资料进行的检验表明，RSTM具有良好的模拟性能，对不同防护措施下青藏铁路路基热状况的预测具有良好的应用前景。     

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。