面向生态环境复苏的生态流量优化计算研究

当前多数中小河流的水环境状况不容乐观,亟需开展河道的生态环境复苏工作,在河流生态流量确定过程中也存在计算方法不易推广和生态因子难以量化的问题。面向河道生境最大程度改善的河流生态复苏通常以水量保障和水环境改善为基础,并且也是对基于自然解决方案(NbS)中自然化修复理念的有效落实。为满足北方缺水河流的生态水量要求,该研究选取指示物种,借助二维水动力栖息地模拟模型和Penman-Monteith公式,开展恢复河流功能自然化、实现河流径流自然过程的研究。首先以恢复河流自然状态为目标,并以龙河作为典型河流在时空尺度开展指示物种-生态流量计算,得出相应生态流量及年最小生态需水量。然后以生态幅范围广且易于捕获的麦穗鱼为指示物种,开展产卵期(4-6月)、幼鱼期(7-11月)和成长期(12-3月)最适生态流量确定,3个时段对应的流量分别为3.22、4.30和10.81 m^(3)/s,典型河段芦苇的最小年生态需水量为1.51万m^(3)。计算结果均能满足陆域和水体指示物种的生理需水要求。以NbS为基础的生态流量计算方法适用范围广、结果代表性强,可用于流量小、流速低的北方中小河流的生态流量计算,利于实现河湖生态环境复苏。

喀斯特石漠化治理生态产品价值实现及其对乡村振兴的启示

生态产品价值实现是进一步开展石漠化治理、实现乡村振兴的重要抓手。基于石漠化治理与生态产品价值实现的已有研究和具体实践,对石漠化治理生态产品概念进行了界定,并将石漠化治理生态产品分为生态空间产品、生态要素产品、生态权益产品及生态标签产品。引入“沙漏模型”阐明了石漠化治理生态产品价值实现机理,通过分析生态产品在供给端与消费端之间的交易过程揭示了石漠化治理生态产品价值实现机制,明确了石漠化治理生态产品价值实现的影响因素,认为未来应加强对石漠化治理生态产品开发、经营及其产业形成的研究,最后提出了石漠化治理生态产品价值实现对乡村振兴的启示。

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。

基于水文学方法的太平江生态流量研究

划定河流基本生态流量是保障河流基本生态需水和提高河道外可利用水量的重要途径。在考虑不同水文时期的基础上选用Tennant法、Q_(P)法、频率曲线法、最枯月平均流量法4种生态环境需水方法,结合龙南市太平江长系列(1958-2020年)水文数据,计算了不同方法下的基本生态流量取值。通过分析年内、年际保障率合理性以及考虑水生生物对水生生境的基本需求,经比较、复核后建议采纳频率曲线法计算结果作为太平江的基本生态流量,即丰水期7.16 m^(3)/s,枯水期3.15 m^(3)/s。该研究结果可作为河道外取水的上限值,倒逼区域水资源优化配置,促使用水需求的合理化,为丰水地区“四水四定”的推进提供科学参考。

基于生态水文调节服务的石家庄雨涝灾害供需匹配分析与街区规划干预

在雨涝灾害威胁日益凸显的背景下,基于生态系统水文调节服务供需匹配分析的规划防涝优先干预区识别,为高效降低城市雨涝风险、利用规划措施防涝提供了新的研究思路与科学支撑。运用数据叠置、水文模拟及公式计算法,将城市原生雨涝供给能力与雨涝需求水平统一至同一评估体系中。结合降雨量、下垫面类型,运用径流曲线模型对街区地表径流调节率进行计算,生成供给能力评估结果;以GIS水文模拟结果计算得出的危险性、暴露性和脆弱性指数生成需求水平评估结果。根据石家庄中心四区3a一遇、50a一遇情景供需匹配结果,划定城市街区尺度的规划干预等级,并分类提出相应规划策略。研究结果表明:石家庄市中心四区低供给高需求街区在3a一遇降雨情景下以点状聚集分布;50a一遇降雨情景下,在京广铁路线沿线呈现纵向聚集形态。同时,在两种降雨情景下,规划干预高等级街区均集中出现于桥西区苑东街道、彭后街道、东华街道,长安区长丰街道、建北街道,裕华区裕翔街道、建华南街道。根据规划干预等级、供需相对关系及供需失衡原因,分别提出3a一遇、50a一遇降雨情景下的九类规划干预策略,为城市雨涝灾害的规划应对提供优化思路。

流域尺度生态需水的估算模型与应用——以克里雅河流域为例

以我国西部典型干旱区新疆南部的克里雅河流域为研究区,通过分析各生态系统需水的结构特征,估算了生态需水的规模,讨论了生态需水的供需平衡问题。研究发现,全流域生态需水总量约为6·93×109m3/a,平均每公顷植被的最小生态需水为413·9m3/a。在各植被类型中,沼泽地耗水、草地耗水、林地耗水分别约占植被总生态需水量的47·6%、43·4%与9·0%,由此可见,沼泽地和草地耗水是该流域植被生态需水的主体。研究结论对于制定水土资源开发利用规划,保障当地水资源的良性循环,实现水资源的可持续利用,恢复和重建生态环境,具有重要的参考价值。

西北地区生态环境需水估算的几个问题研讨

西北地区生态环境需水研究是生态环境建设的重要基础。但是,目前区域生态需水研究仍处在初期阶段,面临许多问题与挑战。研讨了西北地区生态环境需水估算的几个问题,目的是为西北地区水资源合理配置、生态环境建设和可持续发展问题研究,探讨一些基本的研究思路和方法论。

面向生态城市的水资源供需平衡分析

提出了面向生态城市的水资源供需平衡分析原则,强调了水质水量的统一性,人与自然的和谐性,生态环境需水的优先性.在此基础上,建立了面向生态城市的水资源供需平衡分析概念框架,并对供需平衡的基本内涵进行了界定.以广州为例,进行了实证研究.结果表明,生态环境需水对供需平衡状态影响显著,2000年花都区与中心区非汛期分别缺水0.91,4.86亿m3/月;基本控制方案下,各目标年(2005,2010,2020年)全市非汛期缺水量将分别高达19.74,41.78,77.62亿m3/月;实施以污染负荷控制和节水为主导的综合强化方案才能保证供需平衡.

基于水生态保护目标的河道内生态需水量研究

生态水力学法计算生态需水量需要依据河流生境特征、水生生物保护目标对生境的需求等实际情况灵活应用。本文以楠溪江干流河道内生态需水量计算为例,分析自然条件下生境条件与标准推荐方法的差别,探讨针对水生态保护目标的河道内生态需水量综合确定的思路和方法。楠溪江干流水文情势、河势河型较为稳定,是洄游性鱼类香鱼的重要栖息地,生态需水量除可参照水文学、水力学方法确定外,还应分时段、分河段考虑香鱼洄游对水流条件的需求。本文提出的生态需水量以维持良好生境条件为目标,以满足基本生态需求为基础,可为流域水资源开发利用提供参考。

干旱地区森林对流域径流的影响

森林对流域径流的影响包括森林对流域径流形成机制的影响、 森林对流域径流量的调节以及森林对流域径流水质的影响3个方面。论文根据作者在黄土高原和北京土石山区多年研究的结果， 并结合国内同行在森林水文方面的研究成果， 就干旱地区森林对流域年总径流量、 洪峰流量、 枯水径流以及径流水质等方面的影响作了概括。结果表明， 在干旱地区随着森林植被覆盖率的增加， 流域年总径流量减少； 森林植被可以大幅度地减小小流域的暴雨洪峰流量； 森林植被覆盖率越高， 枯水径流量随之增加； 森林可以在很大程度上改善流域径流水质。根据干旱地区森林植被可以减少流域年径流总量的研究结果， 初步估算目前我国干旱地区林业生态工程建设（包括天然林）的生态用水量为160亿m3左右。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性， 森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待于进一步深入研究。

基于生态水利工程的河道规划设计研究

河道规划设计一方面有利于开展水资源管理,另一方面能够应对洪水、调节气候,具有显著的生态、社会价值。基于此,加强生态水利工程管理、做好河道规划设计尤为重要。本文以生态水利工程视角下河道规划设计基本要求为切入点,在此基础上探讨该工作中的不足和未来工作建议,最后结合咸宁市中小河流工程,论证基于生态水利工程视角下河道规划设计的积极价值,希望能够服务未来河道规划设计工作,发挥其生态和社会等方面的综合价值。

地下水生态需水量的估算方法及其恢复问题的研究

本文以石家庄市为背景,对地下水生态环境需水量和补给来源等一系列问题进行了研究探讨,提出了生态环境需水量的计算方法,给出了降雨入渗、河道与湖泊等地表水体入渗补给量的估算方法.并在采补平衡的原则上,对石家庄地下水生态环境恢复问题进行了研究.结果表明:石家庄地下水生态环境问题十分严重.既使恢复期是30年时间,该地区允许开采量也只能在4.20～7.76亿m3/a左右,它比石家庄市目前平均的开采量9.51亿m3/a还小.这样,在目前的开采程度下,如果没有外来水的补充,恢复石家庄的地下水生态环境问题是相当困难的.

生态环境需水的理论和方法研究进展

生态环境需水研究是目前国际上学科前沿研究之一,涉及生态学、水文学、环境科学等多学科。文章论述了国内外生态环境需水研究的进展,分析了生态环境需水的内涵、概念、分类和特征,总结了河流、植被、湖泊、湿地和城市生态系统生态环境需水量计算的理论基础和方法。最后,从区域水资源优化配置和可持续发展的角度,对今后生态环境需水研究的方向与技术、区域性范围和水资源优化配置等问题进行了讨论。

生态环境建设规划中引入生态环境需水的探讨

从规划入手,将生态环境需水引入生态环境建设规划中,使得建设工作在满足农业需水、工业需水和生活需水三部分的同时也满足自然生态系统本身的需水要求,即生态环境需水,使社会经济环境可持续发展。首先阐述了生态环境需水与生态环境建设的概念,并分析了两者具有一致性,会产生相互影响的结果。接着对现在的生态环境需水在生态环境建设规划及相关规划中的应用情况作了详细介绍,在前面的基础上提出在生态环境建设规划中引入生态环境需水的重要性和紧迫性:(1)配置足够的生态环境需水是生态环境建设顺利进行的关键所在;(2)引入生态环境需水为水资源管理提供新思想、新途径,促进生态环境建设规划的实施;(3)合理的生态环境需水是生态环境建设规划的实现目标;(4)生态环境建设设定目标反过来又促进生态环境需水的研究。

城市生态环境需水量的计算方法

将城市作为一个以人为主体的典型人工生态系统,论述了其生态环境需水量的特征.分别从生活需水、工业需水和自然环境需水3个方面分析了城市生态环境需水量的计算方法.

城市湖泊生态环境需水量计算——以北京市六海为例

城市湖泊生态环境需水量包括:城市湖泊蒸发需水量、城市湖泊自身存在的需水量、生物栖息地的需水量、城市湖泊净化需水量、湖泊渗漏需水量、景观、娱乐需水量。需水量计算在遵循生态优先原则、兼容性原则、最大值原则和等级制原则的基础上,还应充分考虑时间性原则。计算了北京市六海各季节(冬季除外)生态环境需水量,结果表明:北京六海春、夏、秋及全年的最小生态环境需水量分别为:296 82、643 94、474 59和1415 35万m3,其中净化需水量分别占35 87%、71 23%、70 08%和63 42%。根据研究和计算结果,对改善六海生态环境提出了建议。

汉江中下游河道基本生态需水与生径比分析

生态需水量的确定关系到河流生态恢复及地区经济与环境协调发展,是维系生态系统平衡的保障。为降低单一计算方法带来的误差,利用7Q10法、NGPRP法及Texas法等9种水文学方法对汉江中下游基本生态需水量进行了计算,并对其结果统一用蒙大拿法进行归类,得出基于蒙大拿法的合理生态需水量。同时,从众多生态需水概念中提出了表征生态需水动态特性的生径比概念,并用蒙大拿法、Texas法、逐月频率计算法、月保证率设定法及其改进法计算了汉江中下游汛期与非汛期的生径比。

湖泊生态环境需水量计算方法研究

中国北方干旱和半干旱地区湖泊面临不断干枯、萎缩和水质污染严重的局面。水资源的不合理配置和使用,造成资源性缺水和水质性缺水;维护湖泊和水库的合理水位及其水体的自净能力已经成为淡水资源科学配置和永续利用的基本保证。确定和保证湖泊生态系统必需的最小水量是解决问题的关键和前提,计算湖泊最小生态环境需水量的方法有:①水量平衡法;②换水周期法;③最小水位法;④功能法。研究结果表明:对于受损严重的湖泊,功能法无论从理论基础、计算原则和计算步骤,还是从需水量的分类和组成,都比较准确地反映了湖泊生态系统的健康现状和湖泊生态系统需水量之间的相互关系,可以为防止湖泊生态系统日益恶化的趋势和生态恢复提供技术支持。针对不同类型湖泊、生态环境特性和生态系统管理目标可以选择不同的计算方法,在确定了湖泊最小生态环境需水量和生态环境建设实施方案,北方地区湖泊生态系统将进入科学管理和生态恢复阶段。

干旱区生态用水的概念和分类─—以新疆为例

绿洲是干旱区人类活动的主体区域，亦是干旱区的精华所在。本文以此为出发点，探讨了干旱区生态用水的概念，认为：凡是对绿洲景观的生态与发展及环境质量维持与改善起支撑作用的系统所消耗的水份即为生态用水。同时以新疆为例，从绿洲与其内、外部环境的依赖性出发，把绿洲生态用水分为：人工绿洲生态用水、荒漠河岸林生态用水、河谷材生态用水、低平地草甸生态用水、城市生态用水、河湖生态用水、荒漠植被生态用水等七大类，每类之下又划分了若干小类。

海河、永定新河、独流减河三河口生态需水量研究

保证河口一定规模的生态用水需求,是恢复河口生态系统健康的重要因素。依据沈焕庭的河口定义,参考有关文献水文模型界定了海河、永定新河及独流减河河口区域。据此计算了永定新河、海河、独流减河河口的适宜生态需水量。与多年入海径流量及文献数据对比,永定新河、独流减河口的生态需水量计算结果较为合理;但海河口的计算结果明显偏低,其主要原因是海河口开发利用强度大,填海造陆,原有河口海域被大量侵占,水域面积大量减少等等。