生态水文研究前沿问题及生态水文观测试验

自1987年Ingram HAP提出生态水文学概念以来,生态水文学得到了快速的发展。2007年,“生态水文学与环境可持续性”已成为UNESCO/IHP第7阶段计划的主题之一。回顾了生态水文学概念的变迁,综述了有关术语及其科学内涵,简要分析了水循环与生物地球化学循环、水文与生态系统相互作用、水文过程与生命过程耦合、绿水及其生态作用等方面关注的科学问题及其观测研究进展;介绍了黑河流域生态水文学研究的初步认识。     

内陆河流域山区水文与生态研究

以河西走廊黑河干流山区流域为例,从山区水文循环、水文与生态系统以及径流形成和预测等方面讨论山区流域水文和生态相互作用研究的有关问题。山区降水的空间和时间分布规律和固态、液态降水组成变化主要受制于海拔和地形的影响,而不同海拔和地形条件下的下垫面不同土地覆被和复杂的空间异质性则主要影响蒸散发量。对内陆河山区流域的水文小循环的研究,有助于进一步研究和认识内陆河流域上、中、下游水文和生态系统的相互联系问题。至今,对山区水文过程与生态系统的相互作用问题的研究还非常薄弱,需要研究山区森林草地生态系统在山区水文循环中的作用以及在维持和保护山区生态和环境中的作用和意义。内陆河流域山区水文过程复杂而综合性强,须加强对山区径流形成机理的多学科交叉研究,不断改善出山径流对气候变化和人类活动响应过程的模拟和预测水平。     

对我国西南地区河谷深厚覆盖层成因机理的新认识

近年来,在我国水能资源开发过程中,发现各河流现代河床以下普遍堆积厚达数十米甚至上百米的松散堆积物。河谷深厚覆盖层的存在,不仅严重制约了工程坝址的选择,影响相关流域水电资源的开发利用,也给坝工设计带来巨大的困难。由于深厚覆盖层埋藏于现代河床之下,其形成年代一般先于一二级阶地,有悖于河流发育演化的常理,其成因一直令人费解。首次将河谷深切和深厚堆积事件与全球气候变化、海平面升降运动、地壳运动等有机地联系起来,并提出冰期、间冰期全球海平面大幅度升降,是导致河流深切成谷并形成深厚堆积的主要原因的新观点。在此基础上,引入层序地层学原理,从理论上较好地解释了全球气候变化导致海平面和河流侵蚀基准面大幅变化,并产生河谷深切和深厚堆积的原因和过程。最后,进一步将沿河大型古滑坡的孕育和发生与河谷深切事件相联系,提出沿河大型古滑坡是在河谷深切期因前缘临空较好而形成的新观点,从而对沿河古滑坡前缘剪出口高程往往低于现代河床数十米的原因给出了较合理的解释。     

黄山高速滑移弯曲边坡变形机理分析及应急治理对策

黄山高速公路穿行于皖南山区,公路建设过程中,汤口互通A匝道高边坡产生了大范围变形,严重威胁已有构筑物和施工安全。为保证边坡稳定,成立“应急指挥小组”,建立快速反应机制,并采用工程地质测绘、勘探、监测等手段,快速查明边坡结构特征,分析边坡变形机理和稳定性,提出应急治理方案。分析表明,该边坡为层间软弱夹层[JP2]发育的砂泥岩互层型顺向边坡,地质历史上边坡曾发生滑移—弯曲变形,公路施工时对弯曲隆起部位岩体进行开挖,引起坡体产生快速变形,在降雨、开挖等条件下,边坡产生整体失稳的可能性极大。在分析边坡变形机制基础上,应用变形控制理论,确定对边坡采取桩锚结合、综合排水的应急治理措施,并根据变形特点提出了应急治理施工步骤。应急治理措施实施后,边坡变形得到了有效控制,稳定性达到了高速公路的安全要求     

全球湿地的状况、未来情景与可持续管理对策

简要介绍了千年生态系统评估（MA）项目针对湿地与水编写的《生态系统与人类福祉：湿地与水综合报告》的核心内容。报告表明：①据估算,2000年全球的湿地面积大约为1.28×10⁹hm²,但是这一数据显著偏低,尤其是对新热带区的湿地以及有些特殊类型湿地的估算因数据源问题可能远低于实际面积;②根据MA构建的4种情景的分析结果,未来50年（2000—2050年）内,在对生态系统实行被动式管理的全球协同和实力秩序2种情景中,预计全球的湿地面积将会减少,而在对生态系统实行主动式管理的技术家园和适应组合2种情景中,预计全球的湿地面积将保持相对稳定;③湿地的丧失和退化会对人类福祉和减轻贫困产生极为不利的影响,尤其是对低收入国家湿地附近居民的影响更为严重。为了实现湿地的可持续管理,必须从经济、制度和管理以及相关驱动力方面采取积极对策,减轻湿地生态系统承受的各种压力,保育各项生态特征,增强其自恢复能力,减缓和扭转湿地的丧失和退化趋势。     

中国西部环境与生态科学数据中心：面向西部环境与生态科学的数据集成与共享

国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学研究计划”自2001年启动以来,有力地推动了西部区域环境演化、陆地生态过程和人类活动对环境的影响等方面的研究,积累了丰富的基础数据。国家自然科学基金委员会“中国西部环境与生态科学数据中心”承担“西部计划”项目数据产出的收集、管理、集成,并面向西部环境与生态科学的各个领域提供科学数据服务。“西部数据中心”的总体框架是以“西部计划”和地球系统科学发展的科学需求为导向,建成以数据共享、知识积累、合作交流和数据科学为主要内容的集成平台,为“西部计划”多学科的交叉研究和成果的综合集成及地球科学发展的长远目标服务。以共建共享的指导思想集成针对西部环境与生态现状与变化的基础背景数据、环境与生态观测数据、模型数据集、数据工具及数据文档;并以完全与开放的数据共享原则为用户提供推送式数据服务。目前,“西部数据中心”已完成了数据共享平台、知识积累平台与合作交流平台的开发和集成,初步形成了科学数据平台,整理并发布了大量的西部环境生态科学所需的关键数据集。     

现代深部岩溶研究进展与展望

现代深部岩溶问题是随着工程建设向复杂场地延伸而逐渐显现,由它带来的一系列地质工程问题对越岭隧道工程具有极强的控制性和危害性,如渝怀线圆梁山深埋特长越岭隧道工程出现的高压突水、突泥问题,既控制了工程的施工难度,又是一个极具挑战性的理论难题。综述了现代深部岩溶相关概念、发育类型、发育特征、形成机制等方面国内外研究现状,勾画了现代深部岩溶研究今后的重点,主要包括现代深部岩溶概念的厘定、现代深部岩溶工程地质分类及特征、现代深部岩溶受控因素、现代深部岩溶发育机制及演化、现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用等几方面的研究。     

生物多样性遥感研究进展

随着遥感技术和新型传感器的发展,遥感已成为目前区域或全球生物多样性研究的重要方法。综述了目前国内外生物多样性遥感研究的最新进展;分析了遥感生物多样性研究的主要理论基础,包括光谱变异假说、生产力假说和种—面积关系理论等;总结了利用高空间和高光谱分辨率遥感数据直接监测生物物种及其多样性的进展与局限性;基于遥感反演的不同环境变量进行生物多样性模拟和预测是目前最常用的方法,对其进行了较详细的分析,并介绍了相关模型的发展。最后,总结了该方法在我国的应用局限,指出增进学科合作、将遥感方法与生态学理论和模型相结合、重视地面验证数据的使用将是生物多样性遥感研究的发展趋势。     

长江流域河水和悬浮物的锂同位素地球化学研究

深入理解流域侵蚀过程中的锂同位素分馏对于运用锂同位素来示踪化学循环和气候变化是十分必要的。研究集中在长江干流和主要支流的水体和悬浮物的锂及锂同位素组成。长江流域水体的锂及锂同位素组成（δ⁷Li）分别为150~4 570 nmol/L和+7.6‰~+28.1‰,两者沿上游至下游的变化趋势相反。悬浮物锂同位素组成（δ⁷Li）变化比较稳定,分别为41~92 μg/g和-4.7‰~+0.7‰,而且总是低于相应水体的锂同位素组成。悬浮物和流体之间的锂同位素分馏系数在0.977和0.992之间,与悬浮物的量及组成存在明显相关性,反映了粘土矿物的吸附和化学风化的程度。锂含量与锂同位素组成之间良好的负相关性表明流域水体的锂来自2个端元混合：其一可能是蒸发盐岩,并伴有深部热泉水;其二可能是硅酸岩。     

基于模糊物元的城市化生态预警模型及应用

根据模糊物元理论建立了城市化的生态预警模型,将警报级别分为无警、轻警、中警、重警和巨警5级,并从资源预警、生态预警和环境预警3个方面构建河西走廊城市化进程中的生态环境预警指标体系,设立了预警参照标准与预警界限、警灯、警度,对河西走廊进行了实证分析。结果发现,河西走廊及五大地市按照预警指数从大到小的顺序依次为：张掖市、武威市、金昌市、河西走廊、嘉峪关市和酒泉市。其中,河西走廊的生态用水比重、植被覆盖率、人均环境保护费用和万元产值工业SO2排放量的景气指数最高,处于重警状态;城市工业用地定额、城市居住用地定额、万元产值工业废水排放量和万元产值工业粉尘排放量的景气指数最低,均处于轻警状态;其它指标均处于中警状态。可见,相对于土地资源和环境污染因素而言,水资源和生态条件已经对河西走廊的城市化产生了较强的束缚作用。