马拉河流域植被生态需水特征及估算

生态需水是生态用水控制和区域生态环境恢复建设的基本依据。马拉河流域拥有世界著名的生态系统,植被生态需水占流域总需水量的很大一部分。基于1980—2020年ERA5气象数据、叶面积指数(LAI)与世界土壤数据库数据,采用Penman-Monteith法计算了马拉河流域四个季节(短旱季、长雨季、长旱季、短雨季)植被生态需水量的时空变化特征。在此基础上,使用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和卷积神经网络(CNN)3种机器学习方法与7个环境因子(气温、降水、10 m风速、LAI、太阳辐射、相对湿度、地形)建立了回归模型,分别估算了2011—2020年逐年不同季节的植被生态需水量,并与Penman-Monteith法计算结果进行时间序列拟合度和空间相似性的比较。结果表明:马拉河流域植被生态需水量在过去40年所有季节都呈现为波动变化,植被生态需水量长雨季>长旱季>短雨季>短旱季,长雨季的植被生态需水量约为短旱季的1.5倍。不同季节均呈现出上下游高、中游低的植被生态需水量空间分布格局。LAI为最大的正影响因子,风速为最大的负影响因子。就不同方法估算的植被生态需水量准确性而言,RF表现最为优异,主要体现在最值估算误差最小,时间变化序列的拟合度最高,空间分布最为相似,相对误差最小,而SVM的预测结果相对最差。RF是相对最适用于马拉河流域植被生态需水量估算的算法。使用3种不同的机器学习方法估算马拉河流域不同季节植被生态需水量,并对结果进行比较,可为生态需水的估算提供技术参考。

基于植被生态需水的隧道排水量确定方法研究

隧道地下水大量渗漏易造成洞顶影响范围内生态环境破坏,针对如何确定合适涌渗水量以确保生态平衡问题,引入生态学、农学中有关植被生态需水概念,通过调研分析确定隧址区植被所允许的最大地下水位降深,结合地下水动力学方法以及经验公式,确定隧道涌渗水后地下水达到最大降深时疏干漏斗范围及体积;并通过疏干漏斗体积、涌渗水量以及储水系数关系确定隧道所允许排放的最大水量。结合算例并与实际工程中设计排水量进行对比,在考虑隧址区实际工程地质、水文地质条件情况下,所提出方法计算得出的排水标准与实际工程接近。该方法能够达到隧道工程与地下水环境生态平衡,可为隧道建设提供参考。

甘肃省民勤县天然植被生态需水研究

【目的】研究干旱地区天然植被的生态需水量,为区域生态用水与经济用水的合理配置提供参考。【方法】针对西北干旱地区水资源短缺、降雨量少、植被退化、盖度降低等现状,以甘肃省民勤县为例,采用联合国粮农组织(FAO)提出的干旱区受破坏非完全覆盖的天然植被生态需水计算方法,计算植被生态需水定额,扣除有效降雨后得到生态缺水定额,再结合遥感解译的不同类型植被的生态植被面积,获得植被生态需水量和生态缺水量。【结果】民勤县植被适宜和最小的生态需水量在枯水年分别为7 652.0万和4 045.3万m3,平水年分别为7 554.9万和3 994.0万m3,丰水年分别为6 546.3万和3 460.8万m3。植被适宜和最小的生态缺水量在枯水年分别为6 040.3万和2 433.7万m3,平水年分别为5 714.6万和2 153.8万m3,丰水年分别为4 220.4万和1 331.4万m3。【结论】利用FAO提出的生态需水计算方法可以得到植被生长期各月生态需水量,计算结果与利用热脉冲法所得结果差异较小,说明该方法计算结果可靠,可以推广应用于其他干旱区。

干旱区植被生态需水理论研究进展

综述了植被生态需水的概念及其内涵,评价了植被生态需水的主要研究理论——生态适宜性理论、系统阈值理论、水文循环水量平衡理论、农业气象学理论,评析了各种理论在实践应用中的优缺点。指出在未来的植被生态需水研究中应加强生态体系健康标准建立、定量评价指标体系的数值模拟模型构建,研究中还必须注重植被生态需水的时空特性,充分利用"3S"技术手段和先进的科学试验设备,全方位、多角度获取不同研究区域的基础信息,为建立植被生态需水理论提供可靠的数据支撑。

基于GIS的山西永定河植被生态需水管理系统的研建

在流域植被生态需水信息管理中,数据关系复杂,信息量庞大,因而确定用什么样的方法实现合理有效的信息化管理显得尤为重要。运用可视化编程工具Visual Basic 6.0和MapObjects组件,开发出山西永定河流域植被生态需水信息管理系统。本研究是在开发前期研究的基础上进行了系统设计、系统的数据库设计以及系统的体系结构设计,实现了对山西永定河流域植被生态需水调查数据的图文一体化管理。并在综合前人研究成果的基础上,在该信息系统中实现了植被生态需水量的计算模型的嵌入。此外还设计实现了信息管理、地图操作、属性查询、空间分析等功能。最后对山西永定河流域植被生态需水量数据进行统计,结果显示该流域每年植被最小生态需水量为256 817.10万m3,最适生态需水量为427 159.6万m3。

干旱区植被生态需水的研究进展

植被生态需水涉及到生态学、水文学、环境学、气象学等多学科问题,目前已成为研究热点。首先对植被生态需水的国内外研究进行了分析,评价了直接计算法、间接计算法、水量平衡法和基于遥感与地理信息系统的研究方法等4种常用计算方法在实际应用中的优缺点。在此基础上针对西北干旱地区水资源短缺,降雨量少,植被退化,盖度降低等特点,介绍了一种由联合国粮农组织(FAO)提出的适用于干旱区生态恢复的基于遥感的受破坏的非完全覆盖的天然植被生态需水计算方法,并对植被生态需水目前存在的问题及其未来的发展趋势进行了展望。

和田河干流河道径流损失与植被生态需水关系研究

和田河干流植被生态需水量是多少?河道渗漏水量能否满足两岸植被的生态需水?为了回答这两个事关和田河中下游河道整治必要性的基础问题,本研究定量分离河道损耗水量,探究河道渗漏水量与天然植被生态需水之间的定量响应关系,结果表明:(1)多年平均来水条件下,和田河干流河损量约为6.46×10^8 m^3,其中,蒸发量与渗漏量分别为3.5×10^8和2.65×10^8 m^3,各占河损量的58.88%和41.12%;(2)和田河干流天然植被的生态需水量1.37×10^8 m^3,河道渗漏水量可以满足植被生态水量需求。因此,本研究认为开展河道整治,不仅不会影响干流植被生态需水,还可以减少水面蒸发,提高和田河输水能力,更有利于开展生态水量调度,保护和恢复干流天然植被。

宁夏中部干旱带盐池县植被生态需水规律研究

以宁夏中部干旱带盐池县为研究对象,对区域植被生态需水的内涵及类型划分进行了分析,并结合彭曼—蒙特斯模型逐月估算了区域林草植被潜在蒸散量,采用Jensen公式结合实测的区域土壤特征曲线确定了土壤水分修正系数,为植被生态需水量的确定奠定了基础。通过对不同类型林草植被生态需水占比分析,可知当前盐池县草地的生态需水量远高于林地,是盐池县生态需水的主体。通过对植被生态需水与降雨平衡的时间变化规律分析可知,除7、8、9月份以外,盐池县各类林草植被生态需水均处于严重亏缺状态,其中缺水量最为严重的是4月份;从植被类型上分析,可知林地中无论是生态需水亏缺量还是盈余水量均以灌木林地为最,而草地中以天然草地为最。进一步对盐池县各生态分区需水特征进行分析,可知一级生态分区中,风沙区的生态需水比例远大于黄土丘陵区;二级生态分区生态需水比例由大到小依次为花马池镇、王乐井乡、大水坑镇、高沙窝镇、惠安堡镇、冯记沟乡、青山乡、麻黄山乡。一级生态分区中风沙区的生态需水系数及生态需水模数均大于黄土丘陵区;二级各生态分区中生态需水系数及模数由大到小依次为花马池镇、王乐井乡、大水坑镇、惠安堡镇、高沙窝镇、青山乡、冯记沟乡,最小为麻黄山乡。盐池县降雨消耗性生态需水量最小值占蒸发总量的比例为30. 51%,适宜值占蒸发总量的比例为72. 91%,比例都比较高,其余的的蒸发量属于无效蒸发水量,仍然占有一定的比重,这依然为区域植被建设留有一定的空间,但要通过合理的水资源调控手段进行调配。

六盘山海子流域植被生态需水量研究

依据六盘山海子流域的气象资料,运用Penman法和桑斯维特法综合得出了植被潜在蒸散量,并考虑土壤水分含量和植被种类,计算植被在生长期内最小生态需水量和适宜生态需水量.结果表明:六盘山海子流域植被最小生态需水量为326.11×104m3,最小生态需水量富裕量为3.17×106m3;适宜生态需水量为573.54×104m3,适宜生态需水量富裕量为1.49×106m3.降雨能够很好地满足现有植被的基本生长;总体上能满足植被适宜生态需水,较好地满足草地的生态需水量,草地长势良好,基本满足灌木、苗圃、其他林地的正常生长需水,不能满足乔木正常生长需水.宜于大面积种植植被,优化种植结构.

荒漠绿洲植被生态需水研究现状及发展趋势——以民勤县为例

以民勤荒漠绿洲现状条件为基础,通过总结国内外相关研究成果,明晰了以植被生长为主体的生态需水内涵。从生态系统的适宜性、阈值性、循环性和农业气象原理入手,分析了植被生态需水的理论基础,藉此提出适宜民勤绿洲的生态需水估算方法,即依托于3S技术划分土地类型及面积,以潜水蒸发法为主,综合使用直接计算、Penman-Monteith公式等多种计算方法。此外,探讨了植被生态需水研究的难点所在,认为应将重心放在建立植被生长与降雨量、地下水埋深等因素的响应函数,探究潜水与SPAC系统的耦合机制,揭示植被生态需水机理。构建符合民勤荒漠绿洲的植被类型和水文生态条件适宜程度识别指标体系,探究植被生态需水驱动机制,最终实现统筹人口、资源、环境与经济社会的协调可持续发展。

干旱区植被生态需水研究现状及其评述

植被生态需水在干旱区水资源的研究中扮演重要角色。到目前为止,植被生态需水的研究涉及水文、生态、气候等相关学科的知识。本文对干旱区植被生态需水概念、理论基础及发展趋势进行了梳理,并对其发展过程中所存在的问题进行了深入分析,得出,植被生态需水的研究方法中存在相似代换、尺度转换、阈值确定等方面的不足。在此基础上对植被生态需水的未来发展提出了展望。指出,基于3S技术的计算方法是未来植被生态需水研究的发展方向,同时从微观角度入手分析植被在整个生理过程中对水分的需求,并根据不同的分级标准对同一典型植被在不同生境下的生态需水阈值进行计算,为不同地区典型植被的生理特征建立数据库,这将是未来植被生态需水研究发展趋势之一。

旱区植被生态需水量间接法计算参数的研究

植被生态需水问题是水资源优化配置和生态环境研究的热点,间接计算法是量化干旱地区天然植被生态需水量的主要方法。为了使计算结果更加准确,结合0. 618法与去极值法对间接法计算公式中潜水蒸发量E的计算做出改进,建立植被系数K的二阶Gaussian模型,最后运用灰色模型GM(1,1)对植被面积S的发展趋势进行预测。结果表明:优化所得潜水蒸发量——埋深曲线对实测数据拟合度更好,植被系数取值更加精确,以甘肃省民勤县为例,计算出该地2015年各类植被面积与资料记载差异较小,所得生态需水量结果与FOA推荐使用的Penman-Monteith模型相比无显著差异。在此基础上预测出2020年民勤县天然植被生态需水总量为4060. 8×10~4m^3,其中天然林地生态需水量预测为3100. 1×10~4m^3,天然草地生态需水量为960. 7×10~4m^3。研究使间接计算法对植被生态需水量的量化更加准确,为干旱地区水资源的分配及生态恢复政策的制定奠定了一定的研究基础。

浑河流域沈抚段区域植被生态需水量研究

植被生态需水量是生态需水研究中的主要内容,对维持河流可持续发展具有重要意义。根据2014年遥感图像资料,首先使用Hargreaves算法计算浑河流域沈抚段区域不同月份的陆地植被蒸发量。其次散点描绘,使用origin软件进行曲线拟合,导出拟合曲线公式。最后植被蒸发量乘以不同类型植被面积,得到植被生态需水量。提出依据拟合曲线规律及公式对区域内植被蒸发量作出预测,从而得到未来植被生态需水量。

石羊河流域天然植被生态需水量估算及预测

运用ARCGIS9.0对2008年石羊河流域遥感影像土地利用覆盖图统计分析,得出各种天然植被的覆盖状况,利用潜水蒸发法对研究区内各县区的天然植被生态需水量进行了估算,并根据石羊河重点治理规划对未来的天然植被生态需水量进行了预测分析。结果表明,石羊河流域现状天然植被最低生态需水量为1.9536亿m3,最高生态需水量为6.3425亿m3,其中,永昌县的天然植被生态需水量为0.6855～2.5141亿m3,凉州区天然植被生态需水量为0.4693～1.3135亿m3,古浪县天然植被生态需水量为0.4152～1.2391亿m3,民勤县天然植被生态需水量为0.3743～1.2435亿m3,金川区的天然植被生态需水量为0.0093～0.0323亿m3;2015年石羊河流域天然植被生态需水量预测为2.1495～6.9811亿m3;2020年石羊河流域天然植被生态需水量预测为2.3644～7.6792亿m3。

额济纳荒漠绿洲植被生态需水量研究

荒漠绿洲的生态需水量主要指维持荒漠绿洲植被正常生长所需要消耗的水量．采用3S技术与野外生产力测定相结合的方法,通过建立植被归一化指数(NDVI)、生产力、蒸腾系数之间的关系方程,计算了额济纳荒漠绿洲的植被生态需水量．结果表明,维持额济纳绿洲现状的需水量为1．53×10~8m^3,若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平的生态需水量为3．49×10~8m^3．考虑到城镇居民生活用水、河道输水损失、绿洲植被耗水、绿洲内农田用水和降水补充等,额济纳旗绿洲维持现状需要黑河下泄水量(狼心山)为1．93～2．23×10~8m^3之间,若使现有的植被恢复到目前最高生产力水平,需要黑河下泄水量(狼心山)为4．28～5．17×10~8m^3之间．

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季(5—9月)的生态需水量。结果表明:研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km^2(50%)、8 071km^2(29%)、5 022km^2(18%)、566km^2(2%)。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15 mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。2000—2015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10~8、149.611×10~8、144.431×10~8、136.374×10~8 m^3。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地>灌木林地>耕地>乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%~55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%~25%、19%~20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%~3%。

石羊河流域天然植被适宜生态需水量估算

基于遥感手段并运用ArcGIs9．3软件统计获得石羊河流域1987，2000及2010年3期各类型天然植被面积数据，采用阿维里扬诺夫估算方法对石羊河流域各县区天然植被的生态需水量进行了估算。结果表明，石羊河流域1987，2000及2010年天然植被适宜生态需水量分别为2．43×10^9，2．34×10^9，2．06×10^9m3，其中各县区天然植被适宜生态需水量由多到少依次为：肃南县〉天祝县〉永昌县〉民勤县〉古浪县〉凉州区〉金川区。石羊河流域林地、草地的生态需水量基本各占总需水量的1／2，但各县区林地、草地生态需水量的百分比差异明显，流域天然植被的水分利用率介于2．74～16．55艇／（hm2·mm）。通过对石羊河流域3期天然植被适宜生态需水量的研究发现，流域天然植被无论从总需水量还是各优势盖度的需水量上均呈现减少趋势，因此确定天然植被的适宜生态需水量，对区域水资源的合理配置和科学制定生态恢复方案具有重要的现实意义和借鉴作用。

基于3S的塔里木河干流生态水平动态监测及生态需水研究

【目的】应用3S、数据仓库等技术,动态监测并分析塔里木河干流1999～2004年生态水平的动态变化特征,定量估算相应生态水平下天然植被的生态需水量,为流域生态修复及生态用水决策提供科学依据。【方法】对从塔里木河流域管理局获取的多维多时相遥感数据源,通过数据预处理、分类体系划分、解译、专题提取、建库及定性定量分析等步骤,得到研究区生态水平动态变化数据;应用潜水蒸发原理,计算相应生态水平下天然植被的生态需水量。【结果】随流域治理及应急输水工程的展开,塔里木河干流天然植被分布面积呈逐年增长趋势,各优势性植被类型多度有所增加,盖度响应明显,其中以中、下游草地植被类型最明显;相应生态水平下天然植被生态需水量逐年增加,这主要由中、下游草地面积和盖度增加所致。【结论】进一步验证了流域水文过程与生态响应之间的密切耦合关系,且随流域生态环境的改善及生态水平的提高,生态需水量发生相应变化。因此,在目前流域竞争用水前提下,科学制定合理的生态水平目标,对于确保水资源配置中的生态用水至关重要。

图们江主要支流生态环境需水量研究

以图们江流域近20年的水文数据为基础,利用统计分析方法、水文学方法、GIS和遥感技术,对其主要支流布尔哈通河、嘎呀河、珲春河的生态环境需水量进行了量化研究.结果表明:各支流的河道径流可充分满足河道内生态环境需水量的要求;嘎呀河河道外生态环境缺水3.3亿m3,布尔哈通河、珲春河河道外生态环境需水分别占各自水资源总量的79%,71%,目前表现为不缺水.

沈阳市城市生态需水量计算与预测

采用Tennant法等计算方法,将沈阳城市生态环境需水量分为城市河道生态需水量,城市河湖生态需水量,城市绿地、植被生态需水量三部分分别计算。介绍了详细的计算情况和结果,对生态需水量预测的应用可以有效缓解沈阳市生态用水匮乏的现状。