基于多方法综合比较的南水北调西线工程水源区生态需水研究

针对南水北调西线工程调水需求,以方法比选、目标修正、可行性验证为主线,提出了一套多方法综合确定水源区生态需水过程的思路,并制定了10个坝址断面枯水期和非枯水期的生态基流、敏感生态需水及年生态水量目标。结果表明:水源区坝址断面枯水期生态基流在多年平均流量中的占比约为20%,非枯水期占比约为40%;3—6月为鱼类集中产卵敏感期,需要每月发生一次脉冲流量过程,每次至少持续10 d,脉冲流量在多年平均流量中的占比为48%~73%;各坝址断面年均生态水量在多年平均径流量中的占比约为70%,其中丰水年、一般偏枯年、枯水年生态水量占比分别为68%~78%、66%~75%和61%~70%;研究结果符合长江流域现有管控要求,具备较好的现实可达性。

基于生态需水的黄河中游水平衡分析--以沁河流域为例

为推动黄河流域生态保护及高质量发展,解决地表水资源供需矛盾,亟需开展水平衡分析,建立水平衡模型,为水资源合理分配提供参考依据。作为黄河的重要支流,沁河流域位于黄河中游末端,由于近年来上游调水政策的施行以及流域内生活、生产用水的增加,用水矛盾突出,出现了河道断流、入黄水量偏枯等问题。为保障河流生态环境健康,优化引沁入汾跨流域提水工程实施后的流域水资源供需平衡,以2021年为现状年,在“自然-人工”二元水循环研究理论的指导下,运用水平衡分析理论与方法,以河道内生态需水为保障基础,对沁河流域水资源需求、供水能力与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:(1)沁河流域水资源供给和需求在空间分布上具有分异性,上游山西省境内各河段河道内均能够保障适宜的生态需水量,下游河南省境内,仅可满足最小生态需水量;(2)沁河流域可供给水资源总量为10.04×10^(8)m^(3),河道外生产、生活及生态用水总量为8.89×10^(8)m^(3),剩余河道内水量仅为1.15×10^(8)m^(3),仅可满足河流最小生态需水;(3)推算至2030年,流域内工业生产及生活取用地表水量将达到6.98×10^(8)m^(3),河道外用水总量将达到9.81×10^(8)m^(3),剩余水量无法满足最小生态需水。建议采用降低工业用水量、提高农田灌溉用水利用率、推广使用高效节水技术,进一步增强水资源的有效利用,改善流域生态环境。研究结果可为合理规划沁河流域水资源调度提供参考,也可为黄河中游水平衡分析提供范例。

南方平原河网河流生态需水研究进展

生态需水是保障流域水生态环境科学调控和可持续发展的重要指标,是维系平原河网生态系统的基本要素。城市的加速发展及水利工程的兴建改变了河网河流的水文特征和河床地貌演变规律,可能导致河流生态功能减弱、生物多样性减少等问题,因此,生态需水逐渐成为研究热点。归纳总结了我国南方平原河网河流生态需水研究的最新进展,根据生态需水研究现状及重难点,系统地对水文学法、水力学法等计算方法在南方平原河网典型河流中的应用进行了分析总结,探究其优缺点及适用条件。针对南方平原河网河流条件复杂多样的情况,建议根据实际情况选择适宜的生态需水计算方法,持续完善河流生态需水分区分类研究,为促进水资源高效利用和生态环境保护提供科技支撑。

鄂尔多斯红庆河采煤矿区生态需水研究

鄂尔多斯红庆河煤矿区处在西部干旱半干旱内陆区域,由于煤炭开采导致生态环境问题较为突出,该区域水资源短缺、供需失衡,严重制约了矿区的生态恢复。在充分的自然概况调查基础上,将红庆河煤矿区生态需水划分为天然生态需水和人工生态需水2种类型。通过植被蒸散法对植被生态需水进行计算,使用马尔科夫链进行定性预测,利用灰色预测模型GM(1,1)进行定量预测。结果表明:以2020年为基准年,红庆河煤矿区总生态需水量为37.52×10^(7)m^(3),天然植被每平方千米乔木、灌木、草地生态需水量分别为1.11×10^(6)、1.06×10^(6)、0.36×10^(6)m^(3);人工生态需水量为1.39×10^(7)m^(3)。进一步对研究区生态需水进行定性、定量预测,规划年(2025年、2030年、2035年)矿区天然生态需水量相比基准年分别上升了0.61%、2.57%和4.57%;人工生态需水量分别上升了3.60%、11.51%和20.86%。研究结果可为该地区生态恢复中植被类型选择、水资源开发利用、合理调配水资源提供科学依据。

新疆白杨河流域河道内外生态需水的研究

新疆白杨河流域是干旱与极端干旱叠加型流域,水资源短缺导致生态用水被生产生活用水大量挤占。为了科学有效利用白杨河流域水资源,为该流域河流生态系统的水资源规划和优化配置提供理论依据,并且促进该流域经济社会生态协调发展,基于水文气象资料和遥感数据,采用Tennant法和面积定额法计算白杨河流域河道内河流生态需水量和河道外植被、湿地、城市生态需水量,进行新疆白杨河流域河道内外生态需水的研究。结果表明:维护白杨河流域生态稳定的最低生态需水总量为15124.32万m^(3),其中河流生态需水5964.45万m^(3),植被生态需水4963.20万m^(3),湿地生态需水749.67万m^(3),城市生态需水3447万m^(3)。白杨河流域河流生态需水主要集中在6—9月,植被生态需水主要集中在7—8月,且流域下游的生态需水量需要得到保障。

基于生态系统恢复力的干旱区植被生态需水阈值计算方法与应用

本文以石羊河流域中下游为研究区,采用考虑生态系统恢复力(latitude of ecosystem resilience,LER)的月尺度生态需水评估方法计算19822020年植被月适宜生态需水量、最小生态需水量以及相应的生态缺水量,并与土壤水分特征值法(characteristic value of soil water,CVSW)进行比较,分析不同类型植被生长期的水分盈亏关系。结果表明:LER法和CVSW法计算结果相近,但LER法具有更大的生态需水阈值区间;天然降水基本可以满足植被的基本生存,但无法满足正常生长需求;LER法的适宜需水条件下,各植被生长期总体处于缺水状态,缺水严重程度排序为灌木林>其他林地>疏林地>高覆盖度草地>中覆盖度草地>有林地,全部植被生长期总适宜生态需水量为3.7×10^(8)m^(3),亏缺水量为1.2×10^(8)m^(3),同一植被亏缺水量基本符合春秋多、夏季少的规律;最小需水条件下,只有其他林地存在生长期缺水情况,全部植被生长期总最小生态需水量为0.8×10^(8)m^(3);在缺乏土壤水分数据的干旱地区,LER法具有良好的适用性。研究结果可为石羊河流域水资源高效利用和干旱区生态系统的恢复与重建提供理论参考。

青海湖流域主要河流的生态需水

为确保流域生态系统健康发展,实现水资源合理配置,基于青海省水文水资源测报中心实测布哈河口站和刚察站1961-2020年长时间序列数据,通过三性审查验证数据符合计算条件,径流量通过滑动T检验法和MannKendall(M-K)检验法进行趋势变化分析和径流突变检验。采用Tennant、近10年最枯月平均流量法、90%保证率月平均流量法和年内展布法计算布哈河与沙柳河河道内生态需水量。以改进的Tennant评价标准和满足度对4种方法进行对比分析,结果表明:年内展布法计算布哈河生态需水量较为合理,90%保证率月平均流量法计算沙柳河生态需水量较为合理,最终得出布哈河年平均生态需水量为38.4亿m^(3),沙柳河年平均生态需水量为14.12亿m^(3)。

近30年吐鲁番哈密地区植被生态需水估算

新疆吐鲁番哈密地区(简称“吐哈地区”)属极端干旱区,光照时间长、昼夜温差大,生态环境脆弱,生态环境问题尤为突出,水资源有效利用对生态环境保护具有重要作用。吐哈地区植被生态需水在总需水量中占据显著比重,对于维护区域生态平衡和可持续发展具有重要意义。基于生态保护重要性分级,统计研究区总植被面积与各生态保护等级区植被面积,分别采用改进的彭曼公式法、潜水蒸散发法与生态分区综合计算法估算1990—2020年吐哈地区不同生态保护等级的植被生态需水量。结果表明:(1)三种方法估算的吐哈地区总植被生态需水量在1990—2020年期间呈现波动变化,改进的彭曼法估算结果由50.18亿m^(3)变化到57.8亿m^(3),潜水蒸散法估算结果由54.42亿m^(3)变化到51.85亿m^(3),生态分区估算结果由45.58亿m^(3)变化到52.03亿m^(3)。(2)极重要生态保护等级区的近30年植被需水量在三种估算方法下均增长,其中改进的彭曼公式法估算结果增长最大,由12.12亿m^(3)增长到18.54亿m^(3)。(3)对比三种植被生态需水估算方法,1990—2020年每5年期间估算的植被生态需水总量变化趋势基本一致,每种方法估算的相应生态保护等级区内植被生态需水量变化趋势一致,说明生态分区估算植被生态需水量的方法是合理的,可为植被生态需水的估算提供参考。

永定河门头沟段河道生态需水特征研究

为提高永定河门头沟段的整体生态健康状况,保障河道生态需水量,应对气候变化和人类活动对河流生态系统的影响,研究分析了该区的水文气象要素演变特征及河道生态需水的时间序列动态。根据永定河门头沟段的生态保护目标,采用环境功能设定法整合计算了包括生态基流、水生生物需水、输沙需水、自净需水和水面蒸发需水5项河道生态需水量。并通过定量分析气候变化和人类活动对径流的影响来确定河道生态需水的影响因素。结果显示,1980—2020年研究区域年平均气温呈显著上升趋势,年降水量有所增加但并不显著;1980—2020年区域河道生态需水量呈显著减少趋势,其中水生生物需水量最大。人类活动是影响区域生态需水量的最主要因素,其通过影响径流量进而影响河道生态需水量。研究结果可为未来永定河门头沟段的水量调配、水资源管理、河道生态需水量预测提供理论参考。

基于生态水文变异特征的济南南部山区河流生态需水研究

[目的]开展基于生态水文变异特征的山东省济南市南部山区河流生态需水研究,为区域水资源综合管理和生态保护,加强黄河流域生态保护,促进黄河流域可持续发展提供理论依据。[方法]收集1979—2021年黄河下游济南南部山区的崮山站(北大沙河)和卧虎山站(玉符河)的径流量数据,采用累积距平法,Mann-Kendall(M-K)检验法,滑动T检验法,双累积曲线法多种统计分析方法,分析径流突变点;结合IHA-RVA法,研究济南南部山区河流径流变异特征和生态需水;通过分析河流生态需水满足度,研究区域生态水文和生态需水变异的主要影响因素,提出济南南部山区生态需水的保障措施。[结果]北大沙河和玉符河的径流量突变点为1996年,整体水文改变度分别为72.75%和69.42%,均属高度改变;北大沙河和玉符河的年生态需水分别为1.47×10^(6),1.81×10^(6) m^(3)。总体上,北大沙河月生态需水满足度平均为32.35%,玉符河月生态需水满足度平均为60.42%。[结论]济南南部山区在突变前后水文变异较大,总体的生态需水满足度整体偏低,可从河流生态调度和提高水资源利用效率方面加强河流生态需水保障。

水量-水质-生态需水综合视角下黄河流域水稀缺评估

基于水足迹方法从水量水质生态需水综合视角下对黄河流域的水稀缺进行评估。结果表明:2021年黄河流域的蓝水足迹和灰水足迹分别为526.5亿m^(3)和3056.2亿m^(3);仅考虑水量和生态需水时,黄河流域的缺水压力较小,其中85.4%的地级市为低缺水压力,仅10.1%的地级市处于极端缺水压力;纳入水质因素后,仅15.7%的地级市为低缺水压力,而64.0%的地级市处于极端缺水压力,水质因素显著加剧了流域的缺水压力。建议协同推进水资源管理和保护,推广节水技术和水资源循环利用,重点提高农业水资源利用效率和强化农业污染治理,以缓解黄河流域经济发展与水资源限制之间的矛盾。

基于改进年内展布法的河道基本生态需水过程分析研究

为科学分析计算河流生态水文过程对径流的年内动态需求,以河南省淮河干流大坡岭站、息县站、淮滨站等3个水文断面为研究对象,基于各站1956~2016年天然月均流量数据,运用改进的年内展布法计算生态流量过程,并与原年内展布法、Q p法、近10年最枯月平均流量法、Tennant法及最小月均径流量年内过程进行综合对比分析。结果表明,淮河干流河南段从大坡岭站到息县站、淮滨站基本生态流量依次增大,各水文断面一般用水期基本生态需水量在多年年均径流量占比达10.5%~11.8%,鱼类产卵育幼期占比达24.9%~30.0%。改进的年内展布法分析结果不仅继承了原方法较好反映天然径流的年内丰枯变化规律,又可以削弱极端水文事件的影响,提高了河道基本生态需水要求的生态功能目标的满足程度,适用于分析计算季节性明显河道基本生态需水量。该计算成果客观合理,对于科学确定河道内生态需水过程具有借鉴意义。

洞庭湖生态水位与生态需水量研究

为保护洞庭湖生态系统,基于洞庭湖鹿角、杨柳潭和南咀水文站1961~2020年逐日水位监测数据,开展洞庭湖生态水位和生态需水量的研究。运用天然水位资料法、湖泊形态法、生物空间最小需求法、年保证率法、最低年平均水位法和频率曲线法等6种分析方法计算得出洞庭湖生态水位,利用功能法计算得出洞庭湖生态需水量。结果表明:(1)洞庭湖东、南、西3个湖区最低生态水位分别为24.20,27.78,29.42 m,适宜生态水位分别为25.80,29.07,30.08 m。(2)洞庭湖东、南、西3个湖区最低生态需水量分别为6.31亿,10.02亿,3.83亿m^(3),适宜生态需水量分别为12.66亿,13.99亿,4.61亿m^(3),洞庭湖最低与适宜生态需水量分别为20.16亿m^(3)和31.26亿m^(3)。研究成果可为洞庭湖区域水资源合理配置、湖区生态系统健康运转和洞庭湖治理与保护提供参考依据。

新疆车尔臣河流域天然植被生态需水量研究

开展车尔臣河流域生态需水量研究,对于实现流域高质量发展具有重要意义。基于流域遥感、水文及植被等数据,计算了生态保护目标为优、良、中3种情况下的生态需水量,结果表明:保护目标“优”下的流域生态需水量为1406亿m^(3),保护目标“良”下的生态需水量为1059亿m^(3),保护目标“中”下的生态需水量为85亿m^(3)。研究成果为指导车尔臣河流域水资源高效利用及生态保护及修复提供了技术参考。

新疆车尔臣河下游生态需水量分析

河流生态需水作为维持河流生态系统健康的关键因素,对于维护区域生态安全起着积极作用。该文以新疆车尔臣河下游为研究区,基于1990-2017年遥感数据,分析了研究区生态需水,结果表明:车尔臣河下游林地面积在1990-2017年呈现递减趋势,林地面积减少14.4%。草地面积共减少3.5%。水域面积呈现为增加趋势,水域面积增加419.6%;车尔臣河改道后,老河道内植被面积逐渐下降,至2010年后呈显著退化趋势;植被覆盖度的变化主要发生在离台特玛湖较近的下游段,特别是近10年下游段植被覆盖度呈增加的态势,下游河道两岸和湖区周边植被得以恢复;利用潜水蒸发法计算得到生态需水量为2.25亿m^(3),面积定额法计算得到1.92亿m^(3),综合得生态需水量为2.08亿m^(3)。若将苇场及以上60 km、苇场以下265 km分开计算,得到两者生态需水量分别为1.09亿m^(3)、0.85亿m^(3)。计算成果对于维护车尔臣河下游绿色走廊生态安全、实现流域水资源优化配置与高效利用具有重要参考价值。

台特玛湖历史演变及生态需水初步研究

为提升流域水资源利用效率、促进区域生态保护与修复,文章基于台特玛湖历史遥感影像资料,分析了湖区水面历史演变特点,计算了湖区生态需水量,结果表明:流域近期综合治理工程实施后,水域面积随着干流来水的丰枯情况而变化;选择了30、50和100km~23个典型水域面积,其生态需水量分别为5414、9022和18044万m~3;综合生态功能稳定、沙害治理、交通保障等因素,在平水年来水条件下,台特玛湖水域面积需维持在30km~2左右。研究成果为塔里木河流域水资源优化配置、生态保护修复提供了参考。

避暑山庄湖区生态需水量的分析与研究

根据避暑山庄湖区监测点实际情况,通过对水文各要素进行监测,计算出湖区最小生态水位及最小生态需水量。同时,对山庄湖区水量平衡进行计算,根据分析结果提出保证湖区生态需水的建议。

基于水文学法和SWAT模型的北川河流域生态需水量分析

为确定北川河流域生态需水量,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验法、Spearman检验法分析了北川河流域1959—2013年径流变化趋势,并采用Pettitt检验、滑动t检验、滑动F检验和累积距平法综合诊断径流突变点,根据Tennant法和改进的年内同频率展布法确定的生态流量过程外包线计算河道内生态需水量,并基于SWAT模型计算了河道外生态需水量。结果表明:SWAT模型在研究区具有适用性,模型性能符合“好”的标准,SWAT模型模拟的降水量和蒸发量总体呈现增加趋势,产水量呈现减少趋势;北川河流域桥头水文站径流量呈现减少趋势,年平均减少率为0.104 m^(3)/s,径流突变点为1990年;北川河流域河道内生态需水量为2.95亿m^(3),河道外生态需水量为9.95亿~10.85亿m^(3),生态总需水量为12.90亿~13.80亿m^(3)。

1990—2020年黄河源区林地面积与生态需水量的时空变化

【目的】探讨1990—2020年黄河源区林地面积与林地生态需水量的时空变化规律,为黄河源区林地生态需水量的合理调配提供依据。【方法】基于黄河源区1990—2020年的遥感影像数据和野外实测资料,通过目视解译确定黄河源区土地利用类型,通过计算得到林地面积和林地生态需水量数据;采用ArcGIS 10.8绘制林地面积与生态需水量的时空分布图,分别运用Canoco 5.0和SPSS 27作冗余分析和主成分分析。【结果】黄河源区1990—2020年的林地面积变化不大,林地主要分布于黄河源区中东部,以灌木林地为主;林地生态需水量的变化较小,总体上生态需水量表现为西多东少、北多南少。不同类型林地的生态需水量大小表现为灌木林地>有林地>疏林地>其他林地;影响源区生态需水量的最主要指标是斑块周长-面积比(mean perimeter-area ratio,PARA_MN),其次是斑块连通度指数(patch cohesion index,COHESION)。影响黄河源区生态需水量的主要因素为人口数量、经济水平、产业发展结构,自然环境因素的驱动力弱于社会环境因素。【结论】黄河源区1990—2020年林地面积呈小幅下降趋势,林地生态需水量变化不大;黄河源区景观水平多样性较低;黄河源区受人类活动的影响较大。

河西地区2000—2020年植被生态需水量估算

植被生态需水量的准确估算不仅关乎水资源的合理开发与管理,而且为科学制定生态环境保护与修复政策提供基础支持.本研究探讨应用不同方法估算河西地区植被生态需水量的精度与适用性.通过收集河西地区11个通量观测站的植被耗水观测数据,对植被生态需水模型进行验证和标定,选取适合该地区的估算模型——植被覆盖度修正蒸散发法,结合野外观测数据和卫星遥感数据,对2000—2020年河西地区的植被生态需水量进行估算.结果显示,河西地区2000—2020年植被生态需水量为(173.86±6.10)×10^(8)m^(3),在空间上呈现出东南高、西北低的分布格局.随着植被覆盖度以每年0.002的速率显著增加,植被生态需水量呈现出以每年0.70×10^(8)m^(3)的速率显著增加的趋势.本研究为河西地区植被生态需水量的准确估算和深入分析提供科学依据,同时也为未来相关研究提供参考和借鉴.